Makroskopik Ölçekte Kuantum Yerel Olmayanlığını Görebilir miyiz?
Viyana Üniversitesi ve Avusturya Bilimler Akademisi’nden bilim adamları, kuantum teorisinin matematiksel yapısını makroskopik sınırda tam olarak korumanın mümkün olduğunu göstermiştir.
Kuantum fiziğinin en temel özelliklerinden biri Bell yerelsizliğidir: kuantum mekaniğinin tahminlerinin herhangi bir yerel (klasik) teori ile açıklanamaması. Bunun, kuantum bilgisinde dikkate değer kavramsal sonuçları ve geniş kapsamlı uygulamaları vardır. Ancak, günlük deneyimimizde, makroskopik nesneler klasik fizik kurallarına göre hareket ediyor gibi görünmektedir ve gördüğümüz korelasyonlar yereldir. Durum gerçekten böyle mi, yoksa bu görüşe meydan okuyabilir miyiz?
Yakın tarihli bir makalede Fiziksel İnceleme Mektupları, Viyana Üniversitesi’nden bilim adamları ve Avusturya Bilimler Akademisi’nin Kuantum Optik ve Kuantum Bilgisi Enstitüsü (IQOQI), kuantum teorisinin matematiksel yapısını makroskopik sınırda tam olarak korumanın mümkün olduğunu göstermiştir. Bu, makroskopik ölçekte kuantum mekansızlığının gözlemlenmesine yol açabilir.
Günlük deneyimimiz bize makroskopik sistemlerin klasik fiziğe uyduğunu söyler. Bu nedenle kuantum mekaniğinin klasik mekaniği makroskopik sınırda yeniden üretmesini beklemek doğaldır. Bu, 1920’de Bohr tarafından kurulan yazışma ilkesi olarak bilinir.[1]
Kuantum mekaniğinden klasik mekaniğe bu geçişi açıklamak için basit bir argüman, kaba taneleme mekanizmasıdır:[2] makroskopik sistemlerde gerçekleştirilen ölçümler sınırlı çözünürlüğe sahipse ve tek tek mikroskobik parçacıkları çözemiyorsa, sonuçlar klasik olarak davranır. (Yerel olmayan) Bell korelasyonlarına uygulanan böyle bir argüman,[3] makroskopik yerellik ilkesine yol açar.[4] Benzer şekilde, zamansal kuantum korelasyonları klasik korelasyonlara indirgenir (makroskopik gerçekçilik)[2] ve kuantum bağlamsallık, makroskopik bağlamsal olmayanlığa indirgenir.[5]
Genel bir kanıt eksik olmasına rağmen, kuantumdan klasiğe geçişin evrensel olduğuna kuvvetle inanılıyordu. Konuyu açıklamak için, kuantum mekansızlığı örneğini ele alalım. Yerel sistemleri arasındaki ilişkinin gücünü ölçmek isteyen Alice ve Bob adlı iki uzak gözlemcimiz olduğunu varsayalım. Alice’in kendi küçük kuantum parçacığını ölçtüğü ve Bob’un da kendi kuantum parçacığıyla aynı şeyi yaptığı ve ilgili korelasyonu hesaplamak için gözlem sonuçlarını birleştirdikleri tipik bir durumu hayal edebiliriz.
Sonuçları doğası gereği rastgele olduğundan (kuantum deneylerinde her zaman olduğu gibi), korelasyonların ortalamasını bulmak için deneyi çok sayıda tekrarlamaları gerekir. Bu bağlamdaki temel varsayım, denemenin her bir çalışmasının, IID (bağımsız ve özdeş olarak dağıtılmış) varsayımı olarak bilinen, diğer çalışmalardan bağımsız olarak ve tamamen aynı koşullar altında tekrarlanması gerektiğidir. Örneğin, rastgele yazı tura atışları yaparken, her atışın adil ve tarafsız olduğundan emin olmamız gerekir, bu da birçok tekrardan sonra yazı/tura için ölçülen (yaklaşık) %50’lik bir olasılık ile sonuçlanır.
Böyle bir varsayım, makroskopik sınırda klasikliğe indirgeme için mevcut kanıtlarda merkezi bir rol oynar.[2,4,5]Bununla birlikte, makroskopik deneyler, sınırlı bir çözünürlükle (kaba taneli) birlikte paketlenmiş ve birlikte ölçülen kuantum parçacıklarının kümelerini dikkate alır. Bu parçacıklar birbirleriyle etkileşir, bu nedenle mikroskobik düzeyde korelasyonların bağımsız ve özdeş çift birimlerinde dağıldığını varsaymak doğal değildir. Eğer öyleyse, IID varsayımından vazgeçersek ne olur? Hala çok sayıda parçacık sınırında klasik fiziğe indirgemeyi başarıyor muyuz?
Miguel Gallego (Viyana Üniversitesi) ve Borivoje Dakić (Viyana Üniversitesi ve IQOQI) son çalışmalarında, şaşırtıcı bir şekilde, eğer korelasyonlar mikroskobik bileşenler düzeyinde IID dağıtılmamışsa, kuantum korelasyonlarının makroskopik sınırda hayatta kaldığını göstermiştir.
“Çok sayıda mikroskobik sistemle uğraşırken IID varsayımı doğal değildir. Küçük kuantum parçacıkları güçlü bir şekilde etkileşime girer ve kuantum korelasyonları ve dolaşıklık her yere dağılır. Böyle bir senaryo göz önüne alındığında, mevcut hesaplamaları revize ettik ve makroskopik ölçekte tam kuantum davranışını bulabildik. Bu tamamen yazışma ilkesine aykırıdır ve klasikliğe geçiş gerçekleşmez”, diyor Borivoje Dakić.
Yazarlar, dalgalanma gözlemlenebilirlerini (beklenen değerlerden sapmalar) ve dolanık çok cisim durumlarının belirli bir sınıfını (IID olmayan durumlar) göz önünde bulundurarak, kuantum teorisinin tüm matematiksel yapısının (örneğin, Born kuralı ve süperpozisyon ilkesi) korunduğunu gösterir. sınırda. Makroskopik kuantum davranışı olarak adlandırdıkları bu özellik, doğrudan Bell yerelsizliğinin makroskopik sınırda görünür olduğunu göstermelerini sağlar.
“Makroskopik ölçekte kuantum kurallarına sahip olmak şaşırtıcı. Sadece dalgalanmaları, beklenen değerlerden sapmaları ölçmemiz gerekiyor ve makroskopik sistemlerde kuantum fenomenlerini göreceğiz. Bunun yeni deneylere ve uygulamalara kapı açtığına inanıyorum” diyor Miguel Gallego.
Notlar
- Bohr, N. (1920). Elementlerin seri spektrumu hakkında. Fizik Dergisi, 2 (5), 423-469.
- Kofler, J. ve Brukner, Č. (2007). İri taneli ölçümlerin kısıtlaması altında kuantum fiziğinden doğan klasik dünya. Fiziksel İnceleme Mektupları, 99 (18), 180403.
- Bell, JS (1964). Einstein Podolsky Rosen paradoksu üzerine. Fizik Fizik Fizika, 1 (3), 195.
- Navascués, M. ve Wunderlich, H. (2010). Kuantum modelinin ötesine bir bakış. Proceedings of the Royal Society A: Matematik, Fizik ve Mühendislik Bilimleri, 466 (2115), 881-890.
- Henson, J. ve Sainz, AB (2015). Neredeyse kuantum korelasyonlar için bir ilke olarak makroskopik bağlamsızlık. Fiziksel İnceleme A, 91(4), 042114.
Referans: Miguel Gallego ve Borivoje Dakić tarafından yazılan “Makroskopik Olarak Yerel Olmayan Kuantum Korelasyonları”, 16 Eylül 2021, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.120401
.
Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN