Fizikçiler İlk Kez ‘Kuantum Işığını’ Manipüle Etti
Fizikçilerden oluşan uluslararası bir ekip ilk kez, birbirleriyle güçlü bir ilişki içinde olan ve foton olarak bilinen az sayıdaki ışık parçacıklarını başarılı bir şekilde manipüle etti.
Bu kulağa biraz anlaşılmaz gelebilir, ancak kuantum alanında şu anda hayal bile edemeyeceğimiz teknolojilere yol açabilecek temel bir atılımdır. Tıbbi görüntüleme için kuantum hassasiyetine sahip lazerler düşünün.
Sydney Üniversitesi’nden fizikçi Sahand Mahmoodian, “Bu, ‘kuantum ışığı’ olarak adlandırabileceğimiz şeyin manipülasyonuna kapı açıyor” diyor.
“Bu temel bilim, kuantumla geliştirilmiş ölçüm teknikleri ve fotonik kuantum hesaplama alanındaki ilerlemelerin yolunu açıyor.”
Fizikçiler kuantum dolaşık atomları kontrol etmede çok başarılı olurken, aynı şeyi ışıkla başarmanın çok daha zor olduğu kanıtlandı.
Bu yeni deneyde, Sydney Üniversitesi ve İsviçre’deki Basel Üniversitesi’nden bir ekip, bir kuantum noktasına (yapay olarak yaratılmış bir atom) hem tek bir foton hem de bir çift bağlı foton ateşledi ve kendi başına foton ile bağlı olanlar arasında doğrudan bir zaman gecikmesi ölçebildi.
Basel Üniversitesi’nden fizikçi Natasha Tomm, “Yaptığımız cihaz fotonlar arasında o kadar güçlü etkileşimlere neden oldu ki, iki fotona kıyasla bir fotonun etkileşime girmesi arasındaki farkı gözlemleyebildik” diyor.
“Bir fotonun iki fotona kıyasla daha uzun bir süre geciktiğini gözlemledik. Bu gerçekten güçlü foton-foton etkileşimi ile iki foton, iki fotonlu bağlı durum olarak adlandırılan bir biçimde dolaşık hale geliyor.”
Bu bağlı durumu, ilk kez 1916 yılında Albert Einstein tarafından tanımlanan ve modern lazerlerin temelini oluşturan bir fenomen olan uyarılmış emisyon kullanarak oluşturdular. (Eğlenceli bilgi: lazer, Uyarılmış Radyasyon Emisyonu ile Işık Amplifikasyonu anlamına gelir).
Bir lazerin içinde, cam veya kristal gibi optik bir malzemenin atomları içindeki elektronları heyecanlandırmak için bir elektrik akımı veya ışık kaynağı kullanılır.
Bu heyecan elektronları atom çekirdeğindeki bir yörüngeye çıkarır. Ve normal durumlarına geri döndüklerinde, foton şeklinde enerji yayarlar. Bunlar “uyarılmış” emisyonlardır ve bu süreç, farklı frekansların (renklerin) bir karışımı olan normal beyaz ışığın aksine, ortaya çıkan tüm fotonların aynı dalga boylarına sahip olduğu anlamına gelir.
Daha sonra eski ve yeni fotonları atomlara doğru geri yansıtmak için bir ayna kullanılır ve böylece daha fazla özdeş foton üretilmesi teşvik edilir.
Bu fotonlar aynı hız ve yönde ilerleyerek birlikte hareket eder ve sonunda aynaları ve optik ortamı aşıp uzun mesafelerde keskin bir şekilde odaklanabilen mükemmel bir şekilde senkronize edilmiş bir ışık demeti halinde serbest kalana kadar birikir.
Tüm bunlar lazer işaretçinizin düğmesine bastığınızda milisaniyeler içinde gerçekleşir (teşekkürler, Einstein).
Işık ve madde arasındaki bu tür harika etkileşim GPS, bilgisayarlar, tıbbi görüntüleme ve küresel iletişim ağları gibi her türlü inanılmaz teknolojinin temelini oluşturur. Hatta 2015 yılında ilk kez yerçekimi dalgalarını tespit eden lazer interferometre yerçekimi dalga gözlemevi LIGO bile lazerlere dayanmaktadır.
Ancak tüm bu teknolojiler hala çok fazla foton gerektiriyor ve bu da ne kadar hassas olabileceklerini sınırlıyor.
Yeni buluş, artık tek fotonların yanı sıra tek bir atomdan gelen küçük foton gruplarının uyarılmış emisyonunu ve tespitini sağlayarak bunların güçlü bir şekilde korelasyonlu hale gelmesine, başka bir deyişle ‘kuantum ışığına’ yol açtı. Ve bu ileriye doğru atılmış büyük bir adımdır.
Mahmoodian, “Fotona bağlı durumları tanımlayıp manipüle edebileceğimizi göstererek, pratik kullanım için kuantum ışığından yararlanma yolunda hayati bir ilk adım attık” diyor.
Mahmoodian’a göre bundan sonraki adım, bu yaklaşımı kullanarak daha iyi kuantum bilgisayarlar yapabilecek ışık durumları üretmek.
Tomm, “Bu deney sadece temel bir etkiyi (uyarılmış emisyon) nihai sınırında doğruladığı için değil, aynı zamanda gelişmiş uygulamalara yönelik büyük bir teknolojik adımı temsil ettiği için de çok güzel” diye ekliyor.
“Bize foton bağlı durumları veren daha verimli cihazlar geliştirmek için aynı ilkeleri uygulayabiliriz. Bu, biyolojiden gelişmiş üretime ve kuantum bilgi işlemeye kadar çok çeşitli alanlardaki uygulamalar için çok umut verici.”
