Kuantum Fiziği: Kuantum mekaniği için gerçek sayılar yeterli değil

Bir deney netlik sağlamalıdır

Böylece karmaşık sayılar, kuantum mekaniğinde uzun hesaplamaları basitleştiren, ancak gerektiğinde onsuz da yapılabilecek başarılı bir araç gibi görünüyordu. Ancak Ocak 2021’de, Barselona’daki Fotonik Bilim Enstitüsü’nden (ICFO) Marc-Olivier Renou ile çalışan fizikçiler çoklu parçacık kaynakları ve gözlemciler ile bir deney önerdi, kuantum mekaniğinin sayı aralığını bir kez ve herkes için belirlemelidir. Bu durumda, gerçek ve karmaşık formülasyonların tahminlerinin farklı olduğunu buldular.

Deney, ölçüm cihazlarıyla bir sıra oluşturan Alice, Bob ve Charlie adlı üç gözlemciden oluşur. Alice ile Bob ve Bob ile Charlie arasında dolaşık parçacıklar yayan bir kaynak var. Alice ve Bob böylece A ve B parçacıklarını aynı anda alırlar.₁, ayrıca şu anda Charlie C ve Bob B ile tanışın₂ bir. Alice ve Charlie, sırasıyla A ve C’de seçtikleri belirli bir ölçümü alabilirler. Bob ise B’yi manipüle eder.₁ ve B₂ daha sonra birbirleriyle iç içe geçecek şekilde. Sonuç olarak, daha önce B ile bağlantılı olduklarından, A ve C de birbirine dolanmıştır.₁ veya B₂ karışmış durumdaydılar.

Deneyin sonucu karmaşık sayılarla tahmin edilebilir. Gerçek formalizmi kullanmak farklı sonuçlar verir. Deney mevcut teknik imkanlarla uygulanabileceğinden, iki çalışma grubu 2021 yılında gerçekleştirme fırsatını yakaladı. Çin Bilimler Akademisi’ndeki Jian-Wei Pan’ın grubu bunun için süper iletken kübitler kullanırken, Shenzhen’deki Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Jingyun Fan liderliğindeki araştırmacılar dolaşmış fotonlarla deneyi gerçekleştirdiler. Her iki ekip de gerçek veya karmaşık formülasyonun doğru olup olmadığını gösteren belirli bir parametreyi ölçebildi ve her iki deney de karmaşık varyantı doğruladı.

Bununla birlikte, kuantum mekaniğinin tamamen gerçek bir tanımı tamamen açıklığa kavuşturulmamıştır. Önerilen deneyin karmaşık ve gerçek tahminlerinin aynı fikirde olduğu, örneğin daha da fazla boyutta uygun bir versiyon yoktur. Ancak tensör çarpımı gibi aritmetik işlemler ve dolayısıyla kuantum fiziğinin hesaplama kuralları temelden değiştirilirse, muhtemelen aynı sonuçlara varılabilir. Ancak, bu son derece karmaşık ve kafa karıştırıcı olurdu, bu yüzden bu yaklaşım özellikle popüler değil. Ayrıca, diğer senaryolarda daha fazla soru ortaya çıkaracaktır. Mikrokozmos teorisi karmaşık sayılara dayanıyor gibi görünüyor – bu, sayı uzayının doğada önceden varsayıldığından daha derine demirlendiği anlamına geliyor.