Yeni bir algoritma, kuantum halinin gerçek olduğuna dair en güçlü kanıt sağlayan deneylere yol açabilir.

     Fizikçiler, kuantum teorisinin en eski ve en temel sorularından birine cevap vermeye biraz daha yaklaştılar: kuantum hali, gerçekliği veya sadece gerçekliğimizi temsil ediyor mu?

     Oxford Üniversitesi ve Warwick Üniversitesi'nde teorik bir fizikçi olan George C. Knee, Kuantum halinin, bir epistemik hal (bir bilgi durumu) değil, bir ontik hal (gerçeklik hali) olduğunu en güçlü kanıt sağlayabilecek en iyi deneyleri tasarlamak için bir algoritma yarattı. Fizikçiler, kuantum teorisinin ilk günlerinden beri kuantum halinin doğasından bahsederken (en ünlü Bohr, ontik yorumlamayı ve Einstein epistemik tartışmayı destekliyor) en modern kanıtlar, Kuantum hal gerçekten de gerçekliği temsil ediyor.

     Felsefik olarak, bu yoruma inanmak zor olabilir, çünkü kuantum teorisinin birçok sezgisel özelliğinin, teori sınırlamaları değil, gerçeklik özellikleri olduğu anlamına gelir. Bu özelliklerin en dikkat çekenlerinden biri süperpozisyondur. Bir kuantum nesnesi ölçülmeden önce, kuantum teorisi, nesnenin eşzamanlı olarak birden fazla durumda olduğunu ve her birinin belirli bir ihtimalle var olduğunu söyler. Bu “ontic” haldir, bir parçacık bir anda aynı anda iki durumu işgal eder, sadece epistemik görüşte olduğu gibi parçacık hazırlama kabiliyetimiz sınırlı olduğu için değil, öyle görünüyor demektir.

     Tam olarak, parçacıkları hazırlamak için sınırlı bir yetenekle kastedilen şey nedir? Bunu anlamak için Knee, farklı kuantum hallerin olası gerçeklik halleri üzerindeki dağılımlar olarak düşünülmesi gerektiğini açıklıyor. Bu dağılımlar arasında bir miktar örtüşme varsa, o zaman bir parçacık hazırlanabilen gerçeklik durumları sınırlıdır.

     Halen kuantum durum dağılımları arasında örtüşme olup olmadığı belli değil. Sıfır örtüşme yoksa, parçacık aynı anda iki hali işgal ediyor olmalıdır; bu da ontik görüntüdür. Öte yandan, bazı örtüşmeler varsa, o zaman parçacıkların örtüşen alandaki bir durumda var olması mümkündür. Örtüşme nedeniyle iki olanak arasındaki farkı söyleyemeyiz. Bu, epistemik görüştür ve iki halin birbirinden ayrılamazlığının, gerçeklikten ziyade örtüşmenin (ve insan sınırlamasının) bir sonucu olduğunu açıklayarak, süperpozisyonun bazı garipliğini ortadan kaldırır.

     Örtüşme açısından sorunun ifade edilmesi, iki perspektifi test etmenin bir yolunu sunar. Fizikçiler, kuantum hallerinin ayırt edilemezliğinin bir şekilde gerçek ile açıklanabileceğini ve örtüşmediğini gösterebilirse, bu durum epistemik görüşte daha sıkı kısıtlamalar getirir ve açık görüşünü daha makul kılar.

     Bu testlerin bir anahtarı, iki hal arasındaki ayrımcılık görevinin daima küçük bir hataya neden olmasıdır. Gerçeklik hakkında eksiksiz, tamamen bilgiye sahip olmak hal ayrımcılığını geliştirmelidir. Ama ne kadar? Büyük soru budur ve fizikçiler, bu 'kuantum hal gerçeğinin artması nedeniyle gelişme' nin değerinin çok büyük olduğunu göstermeye çalışmaktadırlar. Bu, örtüşmenin, eğer varsa, hallerin neden ayırt edilemez olduğunu açıklamada çok az rol oynadığı anlamına gelir. Sadece fizikçilerin gerçek durumunu tam olarak hazırlayamaları değil, ayırt edilemezliğin kuantum halin kendilerinin temel bir mülkü olduğu düşünülmelidir.

(Sol) İki kuantum durumu dağılımı arasında sıfır örtüşme olduğunda, bir parçacık bir anda aynı anda iki durumu işgal ediyor (ontik yorumlama). (Sağ) Bazı çakışmalar olduğunda, parçacık örtüşen bir bölgede bir devlette bulunabilir ve bu nedenle bir anda aynı anda iki durumda görünebilir (epistemik yorumlama).

     Şu anda, en iyi deney verileri, örtüşmeye atfedilebilecek hata geliştirme miktarının yaklaşık % 69 olduğunu göstermektedir. Yeni raporda Knee mevcut teknolojiyle bu değeri % 50'nin altına düşürmenin bir yolunu önerdi. Bu, "örtüşme, ortogonal olmayan kuantum hallerin ayırt edilemezliğini açıklarken gerekli işin yarısından azını yapıyor" demektir.

     Knee, yaptığı açıklamada, "Çalışmanın en büyük önemi, kuantum halinin gerçekliğini gösterebilecek deneylerin nasıl yapılacağı hakkındaki yeni bilgidir" dedi. Deneyler tipik olarak kahramanca çabaları gerektirir ancak teorik ilerleme, şimdi daha ucuz ekipmanlarla ve daha az zaman harcayarak mümkün olduğunu ifade etmelidir. " Böyle bir gelişmeyi başarmak için, Knee'nin çalışması, hata tazminini optimize eden hal türlerini ve ölçümlerini belirlemek için yapılan bu testteki en büyük zorluklardan birine değinmektedir. Bu, çok yüksek boyutlu bir optimizasyon problemi, en az 72 değişkenle, geleneksel optimizasyon yöntemlerini kullanarak çözmek son derece zor.

     Knee, bu tür optimizasyon sorununun daha iyi bir yaklaşımını, konveks programlama yöntemleriyle incelenebilecek bir soruna dönüştürmek olduğunu gösterdi. En iyi değişken kombinasyonlarını aramak için konveks optimizasyon teorisinden teknikler uygulandı, Dönüşümlü olarak bir değişkeni ve sonra her ikisinin de optimal değerleri birbirine yaklaşana kadar optimize etti. Bu strateji, sonuçların "kısmen eniyileştirilmiş" olmasını sağlar; yani, değişkenlerden yalnızca birinde hiçbir değişikliğin daha iyi bir çözüm sağlayamadığı anlamına gelir. Ve sonuç ne kadar mükemmel olursa olsun, Knee, epistemik görüşün tamamen dışlanması olasılığının asla mümkün olmadığını açıklıyor. "Her zaman kasılan yer olacak!" Dedi. " Şüphesiz şu anda bize göre bilinen tekniklerle, epistemik örtüşme az miktarda muhafaza edilebilir çünkü deneyler sınırlı sürede bitirilmek zorundadır ve her zaman az da olsa parazite maruz kalır.

     Sadık bir epistemikçinin deneyebileceği daha mantıksız “loophole’den” başka hiçbir şey söylememek gerekir: Örneğin, deneysel metafiziklerin sonuçlarına ulaşmak için retrokülariteye veya adil olmayan örneklemeye genellikle itiraz edebilir. Buna rağmen, kuantum hali göstermenin, en az % 50 gerçek olması gerektiğini, en mantıklı insanların kabullenmekten kaçmayacağı ulaşılabilir bir hedef olduğuna inanıyorum "dedi.

     Yeni yaklaşımın özellikle şaşırtıcı ve cesaret verici sonucu, karışık ve saf hallerin ontik görüşlerini desteklemek için daha iyi çalışabileceğini gösteriyor olması. Tipik olarak, karışık durumlar birçok kuantum bilgi işleme uygulamasında saf halden daha epistemik ve daha düşük performans sergilediği düşünülmektedir. Knee'nin çalışması, karışık durumların avantajlarından birinin, gürültüye son derece dayanıklı olduğunu gösteriyor; bu da, deneylerin, daha önce kuantum halinin gerçekliğini göstermek için düşündüğü kadar yüksek hassasiyet gerektirmediğini gösteriyor.

     Deneycilerin yakın gelecekte bulduğum tarifleri kullanmalarını umuyorum, 'dedi Knee. “Geliştirdiğim genel tekniğin, belirli bir deneysel düzene uyarlamak için biraz düzeltmeden yararlanabileceği muhtemeldir. Tekniğin diğer teorik yaklaşımlarla birleştirilmesi ve epistemik yorumlamanın genel yapısı hakkında bir şeyler öğrenmek için ilave kısıtlamalar getirilmesi gibi tekniğin daha da teorik olarak geliştirilmesi için de bir kapsam var. Kuramsal bir bakış açısı ile, mümkün olan en iyi deney reçetelerini bulmak ve bunların kadar olduklarını ispatlamak olacaktır.”

Çeviri: Celal DEMİRTAŞ

Daha Fazla:George C. Knee. "Kuantum devletinin gerçekliği üzerine en uygun deneysel testlere doğru" Yeni Fizik Dergisi. DOI: 10.1088 / 1367-2630 / aa54ab

Referens Dergi: New Journal of Physicss

Yayınlama tarihi: 22.02.2017