Fizikçiler Geriye Dönük Bakışla Neredeyse 100 Yıllık Kuantum Sınırını Aştıklarını Belirtiyor

1927’de Alman fizikçi Werner Heisenberg tarafından ortaya atılan Heisenberg belirsizlik İlkesi, fizikte belirli bir belirsizlik kavramını öne sürer. Bir kuantum parçacığının bir özelliğinin kesinlik ile öngörülebilmesinin, eşleşmiş bir özelliğin daha belirsiz hale geldiğini söyler.

Pozisyon ve momentum, eşleşmeyen değişkenler olarak bilinen bu çiftlerin en sık dile getirilenleridir. Bir kuantum parçacığının nerede olduğu belirlenebilmesi, hareketinin yargılanmasını zorlaştırır; tam tersi de geçerlidir.

Bu belirsizlik, fizikteki zayıp sinyallerin doğru şekilde ölçülmesini zorlaştırır – LIGO yerçekimi dalga algılayıcısından, GPS gibi sistemlerin temelini oluşturan atomik saatlere kadar her şeyden.

Şimdi Çin’deki Shanxi Üniversitesi’nden bir ekip önderliğinde araştırmacılar, temel bir çözüm yolu bulduklarını düşünüyorlar ve bu yol, geleceğe bakmanın yanı geçmişe de bakmayı içeriyor.

“Eşleşmeyen değişkenlerin Heisenberg belirsizlik sınırı ötesinde eşzamanlı tahminini deneysel olarak gösteriyor ve sonuçları ölçülmeye çalışılan noktadan hem önceki hem de sonraki verileri kullanan zayıp ölçüm kullanarak doğruluyoruz,” araştırmacılar, hakem değerlendirmesinden geçmemiş makalelerinin ön baskı sürümünde yazıyor.

Araştırmacılar, geleceğe dair bir öngörü yaparak ölçüm yapmak yerine, alternatif bir yaklaşımı test etmek istediler: ölçülmeye çalışılan noktadan hem önceki hem de sonraki verileri kullanarak bir ölçüm yapmak.

İki yönlü bakış açısının gözlemlerdeki belirsizliğin bir kısmını ortadan kaldırması gerektiği hipoteziydi. Bu, küçük bir cam odada toplanan 52 milyar rubidyum atomu kullanılarak sınandı; spinlerinin (manyetik özelliklerinin) hizalanması için bir lazer kullanıldı.

Araştırmacılar, hem öne hem de geride yapılan ölçümle doğruluğu artırdılar. (Li ve ark., arXiv, 2026)

Spin hizalanması atomların tek bir kuantum sistemi gibi davranmasını sağladığı için, pozisyon ve momentum daha sonra ikinci bir lazerle ölçülebiliyordu.

Hem önceki hem de sonraki okumaları kullanmak, sistemin öngörülerinin doğruluğunu mütevazı bir miktarla artırdı – yaklaşık %20 daha kesinlerdi, yani Heisenberg belirsizlik sınırının izin verdiğienden daha.

“Bu yaklaşımın merkezindeki temel öge, geçmiş ve gelecek ölçüm bilgilerinin sistemin belirli bir andaki durumuna dair çıkarımı iyileştirmek için tutarlı biçimde dahil edilmesi,” araştırmacılar yazıyor.

Ölçümler 84 dakika boyunca kesintisiz alındı ve kurulum, araştırmacıların hem konumu hem de momentumu eşzamanlı olarak ölçmesine olanak tanıdı. İki arasında usual var olan ödünleşim hafifletildi.

Elbette bir şey olduktan sonra onu ölçmek, gerçek zamanlı izleme açısından sınırlamalar getirir; ancak yeni tekniğin güçlü yanları ve daha yüksek doğruluk, olası dezavantajların önüne geçebilir.

“Bu, hem kuantum ölçümleri hem de yörünge dolanıklık stratejilerini birleştiren kuantum destekli algılama alanında ileri araştırmalar için ilginç olanaklar sunuyor,” araştırmacılar yazıyor.

Daha önce bahsedilen atom saatleri de dahil olmak üzere pek çok kuantum sisteminde geriye dönük okumalar zaten yaygındır; bu nedenle bilim insanları yeni yaklaşımı kullanarak analizi zorunlu olarak yavaşlatmak zorunda kalmaz.

Bu, artık bir sistemin öncesinden sonrasına durumun birlikte nasıl işleyebileceğini bildiğimiz için, gelecekte daha doğru kuantum sensörlerinin kullanıma alınabileceği ve kuantum araştırmalarından elde edilecek bulgulara dair daha derin bir anlayış kazanılabileceği anlamına geliyor.

Araştırmacılar, deney kurulumunu daha hassas enstrümanlar ve daha doğru okumalarla ileri düzeyde geliştirmeye devam etmek istiyor. Kuantum dolanıklık kavramının dahil edilmesi öne çıkabilecek bir yol olabilir.

Önemlisi, Heisenberg’in kuantum sistemindeki belirsizliğe koyduğu sınır hâlâ geçerli (ki bu iyi haber – pek çok temel fizik teorisinin temelini oluşturuyor). Bu çalışmanın gösterdiği, olasılıkların farklı bir şekilde hesaplanmasıyla ilkenin bir ölçüde atlanab ableceğidir.

“Geçtiğimiz yüzyıl boyunca bu temel kuramsal çerçeve, yalnızca kuantum mekaniğinin yorumlanmasında kritik bir öge olarak hizmet etmekle kalmamış, aynı zamanda kuantum ölçeğinde ölçüm sınırlamalarına dair kavrayışımızı da devrimleştirdi,” araştırmacılar yazıyor.

Araştırma henüz akran değerlendirmesinden geçmedi, ancak ön basım arXiv üzerinden çevrimiçi olarak erişilebilir durumda.

Bu makale Rebecca Dyer tarafından doğrulandı ve Rebecca Dyer tarafından düzenlendi. Sürecimize gurur duysak da yalnızca insanız. Bir hata fark ederseniz, lütfen bize bildirin.