Birbirine uzak ve dolanmış atomların tek bir sensör gibi davranması, şaşırtıcı bir hassasiyet sağlıyor. 

Araştırmacılar, iki parçacığın (ya da atomun) birbirinden çok uzak olsa bile ölçüm sonuçlarının güçlü biçimde ilişkili kalması anlamına gelen ‘kuantum dolanıklığı’nın ölçüm doğruluğunu artırmak için atomları uzay boyunca birbirine bağlayabileceklerini gösterdi. 

Dolanık bir atom grubunu ayrı bulutlara bölerek, elektromanyetik alanları daha öncekinden daha hassas bir şekilde ölçebildiler. 

Basel Üniversitesi ve Laboratoire Kastler Brossel'deki araştırmacılar, kuantum dolanıklığının, geleneksel yöntemlere göre daha yüksek doğrulukla, aynı anda birden fazla fiziksel niceliği ölçmek için kullanılabileceğini gösterdiler.

Kuantum fiziğinde dolanıklık, genellikle en gizemli etkilerden biri olarak tanımlanır. İki kuantum nesnesi dolanık olduğunda, nesneler birbirinden çok uzakta olsa bile, üzerlerinde yapılan ölçümler güçlü bir şekilde bağlantılı kalabilir. Bu beklenmedik istatistiksel bağlantıların klasik fizikte hiçbir açıklaması yoktur. Etki, bir nesnenin ölçülmesinin diğerini uzaktan bir şekilde etkilediği şeklinde görünebilir. Einstein-Podolsky-Rosen paradoksu olarak bilinen bu fenomen, deneysel olarak doğrulanmış ve 2022 Nobel Fizik Ödülü ile tanınmıştır.

Hassas ölçümler için uzak dolanıklığın kullanılması

Bu temele dayanarak, Basel Üniversitesi'nden Prof. Dr. Philipp Treutlein ve Paris'teki Laboratoire Kastler Brossel'den (LKB) Prof. Dr. Alice Sinatra liderliğindeki bir ekip, uzayda ayrılmış kuantum nesneler arasındaki dolanıklığın pratik bir amaca hizmet edebileceğini gösterdi. Çalışmaları, uzayda ayrılmış ancak dolanık sistemlerin, birden fazla fiziksel parametreyi aynı anda ve daha yüksek hassasiyetle ölçmek için kullanılabileceğini ortaya koyuyor. Çalışmanın sonuçları kısa bir süre önce Science dergisinde yayınlandı.

Bunu yapabilmek için araştırmacılar, önce tek bir atom bulutunun içindeki atomların “spin” adı verilen manyetik yönelimlerini kuantum dolanıklığıyla birbirine bağladı. Daha sonra bu atom bulutunu fiziksel olarak üç ayrı parçaya ayırdılar; ancak bulut parçaları birbirinden uzaklaşsa da atomlar arasındaki kuantum bağlantı kopmadı ve üç parça dolanık kalmayı sürdürdü. Böylece, birbirine dolanık sensörlerden oluşan bir atomik sensör dizisi (sensör ağı) oluşturuldu.

Bu ağ sayesinde çok az sayıda ölçümle bile, elektromanyetik alanın uzayda nasıl değiştiğini normalde mümkün olandan çok daha yüksek bir doğrulukla belirleyebildiler. 

Atom saatleri ve gravimetrelerde uygulamalar

Bilim insanları bu yöntemin özellikle iki alanda büyük etki yaratabileceğini söylüyor. İlki, günümüzün en hassas zaman ölçüm araçlarından olan atom saatleri. Yeni yöntem, atomların uzaydaki dağılımından kaynaklanan bazı hataları azaltarak daha doğru zaman ölçümü sağlayabilir.

İkinci alan ise yerçekimi sensörleri (gravimetreler). Yerçekiminin uzayda nasıl değiştiğini ölçen optik ölçüm aletleri olarak atom interferometreleri, dolanıklık sayesinde daha hassas hale getirilebilir; bu da yeraltı yapılarının tespiti, jeolojik araştırmalar ve hassas haritalama gibi uygulamalarda önemli bir avantaj sağlayabilir.

Kaynaklar: Science Daily – Science