Kuantum Dolanıklığında Şaşırtıcı Karmaşıklık: 48 Boyut ve 17.000'den Fazla Desen Keşfedildi

Güney Afrika'daki Witwatersrand Üniversitesi (Wits) ile Çin'deki Huzhou Üniversitesi'nden ortak bir araştırma ekibi, standart kuantum dolanıklığı formunda beklenmedik derecede zengin bir iç yapıya ışık tuttu. Nature Communications dergisinde yayımlanan bu buluş, dolanıklık üretimine yönelik rutin yöntemlerin bile karmaşık, çok boyutlu bir manzara gizlediğini gösterdiği için kuantum teknolojilerinin gelişimi açısından temel bir öneme sahiptir.

Çalışma, kendiliğinden gerçekleşen parametrik saçılma (KPS) yoluyla üretilen dolanık ışık üzerine odaklandı ve ışığın yörünge açısal momentumu (YAM) olarak bilinen özelliğinin analizi yapıldı. Elde edilen temel nicel sonuçlar arasında, 48 boyuta yayılmış bir dolanıklık tespiti ve 17.000'den fazla farklı topolojik desenin belirlenmesi yer almaktadır. Bu rakam, herhangi bir fiziksel sistemde şimdiye kadar kaydedilen en yüksek topolojik desen sayısını temsil etmekte olup, eşi benzeri görülmemiş bir karmaşıklığa işaret etmektedir.

Bilim insanları, karmaşık topolojinin ortaya çıkması için yalnızca yörünge açısal momentumunun (YAM) yeterli olduğunu güçlü bir şekilde kanıtladı. Bu durum, daha önceki varsayımların aksine, YAM ve polarizasyon gibi birden fazla ışık özelliğinin birleştirilmesine gerek olmadığını ortaya koymaktadır. Wits Fizik Okulu'ndan ekibin kilit isimlerinden Profesör Andrew Forbes, topolojinin bilgi kodlama için güçlü bir kaynak teşkil ettiğini, zira gürültüye karşı içsel olarak değişmez olabildiğini belirtmiştir.

Bu keşfin, güvenilir kuantum iletişim ve hesaplama sistemlerinin oluşturulması üzerinde anlık etkileri bulunmaktadır. Huzhou Üniversitesi'nden baş yazar Profesör Robert de Mello Koch, karmaşık topolojinin uzamsal dolanıklıktan “bedavaya” ortaya çıktığını vurgulayarak, yüksek boyutlu kodlamanın kullanım eşiğini düşürdüğünü ifade etti.

Araştırmacılar, teorik öngörülerini doğrulamak amacıyla, topolojinin nerede aranacağını ve hangi imzaların bekleneceğini belirlemek için kuantum alan teorisinden soyut kavramları kullandılar; bu öngörüler daha sonra deneysel olarak teyit edildi. Bu yaklaşım, teorik çerçevelerin deneysel doğrulama sürecini nasıl hızlandırabileceğinin çarpıcı bir örneğidir.

Özetle, bu çalışma, kuantum sistemlerinin basitçe üretildiğinde bile ne denli derin bir yapıya sahip olabileceğini gözler önüne sermektedir. 48 boyutlu bir uzayda 17.000'den fazla desenin varlığı, kuantum bilgi bilimcileri için yeni bir keşif alanı açmaktadır. Bu zenginlik, gelecekteki kuantum donanımlarının kapasitesini ve dayanıklılığını artırma potansiyeli taşımaktadır. Bu tür karmaşık topolojik özelliklerin keşfi, teknolojinin sınırlarını zorlamak adına atılmış önemli bir adımdır.