Çokbilmişlere Cevaplar Yazı Dizisi-3: Kuantum Dolanıklılığı

Uzun zamandır yazmamakla birlikte fizik hakkında da yazmamıştım. Ve yarım bıraktığım yazı dizime devam ediyorum. Bu defa konu, son zamanlarda fenomen olmuş, aslında her zaman fenomendi, bir konu, kuantum dolanıklılığı...

Peki nedir bu? Aslında bunu basitçe şöyle ifade edebiliriz: Parçacıkların birbirleri ile haberleşmesi, ya da birbirinin "durumlarından" haberdar olması. Daha bilimsel bir açıklamayla, iki ya da daha parçacığın birbirinden ayrı ele alınamaması, en bilimseli ise iki parçacığın aynı kuantum durumunda, aynı dalga fonksiyonu ile tamınlanması. Peki nasıl oluyor bu? Aslında nedenini tam olarak bilmiyoruz ama olduğundan eminiz. Pek fazla zaman olmadı, ışınlanma ile ilgili haberleri duymuşsunuzdur, uyduya fotonun ışınlandığını söyleyen haberleri demek istiyorum. Aslında burada bir hata var, doğrudan "foton" ışınlanmıyor, "bilgi" ışınlanıyor. Bu deneyin aslında geçmişte yapılmış bir deneyin hemen hemen aynısı, sadece bir uyduya yapılıyor.

Buna değindikten sonra devam edelim, yukarıdaki en bilimsel açıklamadan. Bunun için biraz da kuantum kuramının özüne girmek gerekiyor, nedir bu "kuantum durumu" ya da "dalga fonksiyonu" gibi garip sözcükler? Kuantum durumu, tamamen izole bir kuantum sisteminin durumudur. Kuantum mekaniğine göre her parçacık aslında aynı zamanda bir dalgadır, dalga fonksiyonu dediğimiz şey de bu parçacığa ait her türlü gözlemlenebilir verinin tanımlı olduğu bir fonksiyondur ve Schrödinger denklemi ile tanımlanır. Bir diğer deyişle dalga fonksiyonu, kuantum durumunun matematiksel tanımlamasıdır.

Pekala, o halde bunun nasıl yazıldığını görelim.

Schrödinger'in kedisini tanıyorsunuz muhtemelen,  şimdi iki farklı kutu düşünelim ve bu kutuların dolanık olduklarını varsayalım. Eğer bu kutulardan birini açıp, kedi ölü mü yoksa değil mi diye bakarsak, ne olur? Buna kuantum durumunun kırılması denir, kuantum durumunda yapılacak bir gözlem bu kuantum durumunu "kırar", ve biz o anda diğer kutudaki kedinin ölü mü yoksa yaşıyor mu olduğunu bilebiliriz. 

Ve sanırım yukarıdaki gösterimi de biraz genişletmek gerekli, oradaki garip işaretler de ne? Bu, bir kuantum durumu tanımlaması(tek bir kutu için), baştaki garip simge bir harf (psi), ve etrafındakilerle birlikte bir "ket vektörü" oluyor. Buna takılmayın, bu bir kuantum durumu demek. Diğerleri de aynı şekilde, bu durumların toplamı buna eşit. 

Pekala, biraz daha ciddileşmek gerek. Dolanıklılık denilen şey evet, iki parçacık arasında, ama bunu üreten bir kaynak olsa, her zaman üretir mi? Demek istediğim şey, bu kaynağın ürettiği her parçacık ya da çift-parçacık dolanık olur mu? Aslında cevap hayır, bundan emin olamayız. Bu açıdan, dolanıklılığın tespit edilmesi için, bir kaynak için var olduğunun doğrulanması için çeşitli prosedürlere ihtiyaç vardır. Bunlara detaylıca girmeyeceğim.

Ve aynı zamanda dolanıklıklılığı, kaynağın ürettiği dolanık parçacığın çeşitli özelliklerine göre farklı kategorilere de ayırabiliriz. Bunlar bipartite(iki parçacıklı) dolanıklılık için temelde 3 tanedir, fakat yalnızca ikisinden bahsedeceğim. 

Bunlardan ilki a priori dolanıklılık. A priori kelime anlamı olarak deney öncesi demektir, yani eğer bir kuantum durumu varsa ve bunu başka bir yerden elde ettiyseniz ve parçacıkları bunun içinde tanımlayabildiyseniz, buna a priori dolanıklılık deriz. 

Bahsedeceklerimden diğeri ise a posteriori dolanıklılık, bu da kelime anlamı olarak deney sonrası demek. Bunundan şu şekilde bahsetmek yanlış olmaz, bir klasik-olmayan etkiniz var (parçacık üretimi de olmalı) ve bu kaynağın dolanık parçacık kaynağı olup olmadığını bunun doğrulama yöntemleri ile bulabilirsiniz, örneğin Bell eşitsizlikleri ile.