Kuantum dünyasının temel taşlarından biri olan Heisenberg Belirsizlik İlkesi, 1927 yılında Alman fizikçi Werner Heisenberg tarafından ortaya atıldığından beri, kuantum parçacıklarının özelliklerindeki doğuştan gelen bir "bulanıklığı" tanımlar. Bu ilkeye göre, bir kuantum parçacığının belirli bir özelliğini (örneğin konumu) ne kadar hassas bilirsek, ona karşılık gelen diğer özelliği (örneğin momentumu) o kadar belirsiz hale gelir.
Konum ve momentum, "birbiriyle değişmeyen değişkenler" olarak bilinen bu çiftlerin en sık rastlanan örneklerindendir. Bir kuantum parçacığının nerede olduğunu hassas bir şekilde belirlemek, hareketini ölçmeyi zorlaştırır; tam tersi de geçerlidir. Bu bulanıklık, fizik alanında, LIGO yerçekimi dalgası dedektörlerinden GPS gibi sistemlerin temelini oluşturan atomik saatlere kadar pek çok alanda zayıf sinyallerin doğru bir şekilde ölçülmesini güçleştirmektedir.
Şimdi ise Çin'deki Shanxi Üniversitesi'nden bir ekip liderliğindeki araştırmacılar, bu temel sınırlamanın etrafından dolaşmanın bir yolunu bulduklarını düşünüyorlar; bu yol, hem geçmişe hem de geleceğe bakmayı içeriyor.
Araştırmacılar, henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş makalelerinin ön baskısında, "Heisenberg belirsizlik sınırının ötesinde, değişmeyen değişkenlerin eş zamanlı tahminini deneysel olarak gösteriyoruz ve sonuçları zayıf ölçümle doğruluyoruz" diye belirtiyorlar.
Araştırmacılar, bir ölçüm yapmak için geleceği tahmin etmek yerine, ölçülecek noktanın hem öncesindeki hem de sonrasındaki verileri kullanarak bir ölçüm alma alternatif bir yaklaşımını test etmek istediler.
Hipotezleri, iki yönlü bakış açısının gözlemlerdeki bulanıklığı gidereceği yönündeydi. Bu hipotez, küçük bir cam haznesinde toplanan 52 milyar rubidyum atomu üzerinde test edildi. Lazer ışınları, atomların spinlerini (manyetik özelliklerini) hizalamak için kullanıldı.
Spin hizalanması, atomların tek bir kuantum sistemi gibi davranmasına neden oldu ve bu sistemin momentumu ile konumu ikinci bir lazer tarafından ölçülebildi. Hem öncesi hem de sonrası okumalar kullanıldığında, sistemin tahminlerinin doğruluğu mütevazı bir şekilde, Heisenberg belirsizlik limitinin izin verdiğinden yaklaşık yüzde 20 daha hassas hale geldi.
Araştırmacılar, "Bu yaklaşımın temel unsuru, belirli bir zamandaki sistem durumunun çıkarımını iyileştirmek için hem geçmiş hem de gelecek ölçüm bilgilerinin tutarlı bir şekilde dahil edilmesidir" şeklinde açıklıyorlar.
Ölçümler 84 dakika boyunca sürekli olarak yapıldı ve kurulan düzenek, araştırmacıların hem konumu hem de momentumu eş zamanlı olarak ölçmelerini sağladı. İkisi arasındaki olağan takas hafifletilmiş oldu.
Elbette, bir şeyin meydana geldikten sonra ölçülmesini beklemek, gerçek zamanlı izleme açısından sınırlamalar getirir. Ancak yeni tekniğin güçlü yönleri ve artan doğruluğu, olası dezavantajlardan daha ağır basabilir.
Araştırmacılar, "Bu, kuantum ölçümleri üzerine daha fazla araştırma ve yörünge ile dolanıklık stratejilerini birleştiren kuantum geliştirilmiş sensörler için ilginç olanaklar sunuyor" diyorlar.
Daha önce bahsedilen atomik saatler de dahil olmak üzere birçok kuantum sisteminde, geriye dönük okumalar zaten norm olduğu için, bilim insanları yeni yaklaşımla analizi illa ki yavaşlatmak zorunda kalmayacaklar. Bu durum, gelecekte daha doğru kuantum sensörlerinin devreye girebileceği ve bir sistemin geçmiş ve sonrası durumlarının birlikte nasıl çalışabileceğini öğrendiğimiz için gelecekteki kuantum araştırma bulgularına dair daha derinlemesine içgörüler elde edebileceğimiz anlamına geliyor.
Araştırmacılar, daha hassas enstrümantasyon ve daha doğru okumalarla deneysel düzeni daha da geliştirmek istiyorlar. Kuantum dolanıklık kavramını eklemek, ileriye dönük bir yol olabilir.
Önemlisi, kuantum sistemlerinin belirsizliğine ilişkin Heisenberg'in sınırı hala geçerlidir (ki bu iyi bir haberdir çünkü temel fizik teorisinin çoğunu desteklemektedir). Bu çalışma, olasılıkları farklı bir şekilde hesaplayarak, ilkenin bir dereceye kadar aşılabileceğini göstermektedir.
Araştırmacılar, "Geçtiğimiz yüzyıl boyunca, bu çığır açan teorik çerçeve, kuantum mekaniğinin yorumlanmasında kritik bir bileşen olmasının yanı sıra, kuantum ölçeğindeki ölçüm sınırlamalarına ilişkin kavramsal anlayışımızı da devrim niteliğinde değiştirmiştir" diye belirtiyorlar.
Bu araştırma henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş olsa da, ön baskısı arXiv'de çevrimiçi olarak mevcuttur.
Kaynakça: sciencealert.com
