Işığın iki ayrı ölçüsü

Silisyum nitrürden yapılmış bir çipte, spiral bir ışık yolu foton çiftleri üretiyor. Çiftin bir üyesi mikrohalkadan, diğeri ızgara biçimli bir bağlaştırıcıdan geçiyor. Başlangıçta optik yollar arasında kurulan dolaşıklık, bu düzenekte ışığın polarizasyonu ve uzaysal biçimiyle ilişkilendiriliyor. Nature Physics’te yayımlanan deneyin izlediği şey, fotonların bu yolculuk boyunca aynı kalması değil; aralarındaki ilişkinin belirli bir geometrisinin hangi koşullarda ayakta kaldığı. Işığın durumunu bütünüyle korumak ile o durumun içindeki bir yapıyı korumak, burada farklı ölçümler gerektiriyor.[1]

Polarizasyon alanını uzay boyunca izlediğimizde, yönlerin belli bir düzen içinde sarıldığını görüyoruz. Bu sarılmanın sayısal karşılığı skyrmion sayısı. Tek fotonda yaklaşık 1,98 ölçüldü; ideal değer 2, bildirilen belirsizlik ise binde 2 idi. Fotonun ideal kuantum durumuna benzerliği ise ayrı bir ölçümle değerlendirildi. Yaklaşık aynı sarılma sayısına sahip iki alanın bütün ayrıntıları birbirinin aynısı olmak zorunda değil. Sayının duyarlılığı, bütün durumun doğruluğu için verilmiş bir hata payı da değil. Ölçümün anlamı, tam bu farklılıkta başlıyor.[1]

Dolaşıklığın ötesindeki aralık

Düzenek daha sonra bir fotonun spin ve momentumunu birlikte ölçüp ötekine koşullu bir polarizasyon işlemi uyguluyor. Yerel uzaysal yapı, böylece çiftin ortak ilişkilerine taşınıyor. Farklı polarizasyon ayarlarında eşzamanlı algılanan fotonlar sayılarak ortak durum yeniden oluşturuluyor. Topolojik sayı bu yeniden oluşturulan ilişkilerden hesaplanıyor. Çipin üzerinde hazır duran, doğrudan fotoğraflanmış küçük bir nesneden söz etmiyoruz; ölçüm sonuçlarının oluşturduğu alanın geometrisini okuyoruz. Fotonların izlediği yollar ile bu yollardan çıkarılan fiziksel yapı arasındaki bağ böyle kuruluyor.[1]

Gürültü eklendiğinde kuantum durumu karışıyor. Yaklaşık izotropik beyaz arka plan altında, saflık 0,34 değerinin altına indiğinde kullanılan dolaşıklık ölçüsü sıfıra ulaşıyor. Buna rağmen topolojik sarılma belirli bir aralıkta sürüyor. Saf durumlar için dolaşıklığa bağlanan koşulun bütün karışık durumlara taşınamayacağını gösteren sınır burası. Aynı bölgede kuantum uyumsuzluğu denen başka bir ilişki ölçüsü sıfır değil. Dolaşıklığın kaybolması, çiftin bütün kuantum ilişkilerinin sıradanlaştığı anlamına gelmiyor. Deney, doğanın izin verdiği bu daha dar aralığı görünür kılıyor.[1]

Yapının sınırı

Korunma sonsuza uzanmıyor. Saflık yaklaşık 0,25 olan bütünüyle karışık duruma yaklaşırken topolojik sayı da sıfıra yöneliyor. Yönlere farklı etki eden artık gürültü, ideal hesaplamadakinden erken bozulma oluşturabiliyor. Ayrıca faz gürültüsünün bazı sınamaları ölçülen sayımların sayısal karışımına dayanıyor; fiziksel olarak eklenen beyaz arka planla aynı işlem değil. Bu ayrıntılar, dolaşıklık olmadan korunmuş yapının sınırlarını çiziyor. Topolojinin dayanıklılığı, gürültünün biçimine ve geride kalan kuantum ilişkilerine bağlı.[1]

Benim için bu sonucun değeri, kuantum ışığındaki bütünlüğü tek bir göstergeye indirgemeyi güçleştirmesi. İdeal duruma benzerlik azalırken sarılma korunabiliyor; dolaşıklık biterken başka ilişkiler sürebiliyor. Araştırmacılar, skyrmion sayısından tek başına kuantum durum aktarımında işlevsel üstünlük çıkarmıyor. Ölçüm, hangi özelliğin ne kadar dayandığını ayırarak modelimizi daraltıyor. Artık soruyu daha kesin sorabiliyoruz: Fotonlar arasındaki hangi işlem, geriye kalan bu topolojik yapıdan yararlanabiliyor?[1]