Kuantum Mekaniği Matematiksel Denklemleri Hayatımıza Ne kattı ?

 Dün yayınladığım yazıda atomun yapısını anlatırken dolaşık elektronlardan bol bol bahsettik. Nasıl bulunduğunu, ne olduklarını biliyoruz peki ama koskoca tartışmalara sebep olmuş bu dolaşık elektron çiftleri ne işe yarıyor ? Bunu buldular ne amaçla kullandılar ne yaptılar ?

1920 de olabilirlik dalgası ortaya çıktı ve fizik baştan aşağı değişti.  Neredeyse şuan sahip olduğumuz her teknolojiyi bu devrim yaratan düşünceye borçluyuz dersek pek yanlış olmaz. Bu olabilirlik dalgası ile iyice gelişen kuantum mekaniği denklemleri fizikçilere atom guruplarının ve ufak moleküllerin davranışlarını çok net bir şekilde tahmin edebilme gücü verdi.Çok geçmeden bu güç büyük buluşlara öncülük etti: Lazerler, transistörler, tümleşik devre, tüm elektronik dalları... Basitçe açıklamak gerekirse elimizden düşmeyen telefon ve tabletler, bilgisayarlar, ayağımızı yerden kesen o boy boy arabalar, elektronik devreler içeren her şeyi bu olaylar sonucu gelişen matematiksel denklemlere borçluyuz.

Kuantum mekaniği denklemleriyle beraber  her geçen gün dahada çok gelişen yeni bir teknoloji var. Kuantum bilgisayarları. Peki nedir bu kuantum bilgisayarları...
Bizim bildiğimiz bilgisayarlarla aynı dili konuşuyor aynı işlevi yapıyor ama büyük bir farkla. Bilgisayar dilinde bit denilen 1 ve 0 (ikili kod) konuşur Bilgisayarda en küçük bilgi parçası bittir. Bilgisayar bilgiyi bitlere parçalar ve inanılmaz bir hızda geri birleştirir. Kuantum bilgisayarları da bitlerle konuşuyor ama herhangi bir anda 1 yada 0 olan klasik bitin aksine kuantum biti (kubit) bunun aksine biraz daha esnek. Bir elektronun hem saat yönünde hemde saat yönünün tersinde dönebildiği gibi bir kubit hem 1 hem 0 olabilir.Yani kubit bir den fazla görev yapabilir.

Şimdi kuantum  bilgisayarlarının nasıl çalıştığını anlamak için çok karmaşık bir labirentte olduğunuzu hayal edin. En kısa sürede yolu bulmak istersiniz. Ama çok fazla seçeneğiniz vardır ve hepsini teker teker denemek gerekir. Buda çok fazla başarısızlığa uğrayacağınız anlamına geliyor. Şanlı olup çıkışı bulmadan önce bir sürü çıkmaz sokağa girersiniz. Bir sürü yanlış dönüş yaparsınız. Günümüzde ki bilgisayarlar problemleri hemen hemen bu yolla çözer. Çok hızlı yapmalarına rağmen tek bir seferde bir görev üstlenebilirler. Aynen labirentte sizin tek bir yolu takip edebiliyor olmanız gibi. Ama bütün olasılıkları aynı anda deneye bilseydiniz. hikaye tamamen değişebilirdi. Kuantum bilgisayarı bu şekilde çalışıyor. Moleküller bir anlama aynı anda bir çok yerde olabildiği için bilgisayar çok fazla sayıda seçeneği yada yolu yada çözümü aynı anda araştırabilir, doğru olanı hemen bulabilir.
Evet ne kadar karmaşık olsa da bir labirentte sınırlı seçenek vardır. Yani klasik bir bilgisayar yolu oldukça hızlı bir şekilde bulabilir. Ama milyonlarca yada milyarlarca değişkeni olan bir problem düşünün. Örneğin bir hava tahmininin en kısa sürede yapmak gibi, Deprem yada kasırga gibi felaketleri önceden tahmin edebilirdik. Bu tarz bir sorunu çözmek şu an imkansız olabilir çünkü oldukça büyük bir bilgisayar gerekiyor bunun için. Fakat bir kuantum bilgisayarı bu işi sadece bir kaç yüz atomla halledebilirdi

Bildiğimiz bilgisayarlara hiç benzemiyorlar değil mi ?

Bir çok şey okuduk araştırdık öğrendik şimdi benim ilgimi daha çok çeken dolaşık elektronlar bizim hayatımıza ne kattı, ne katabilir?

Şimdi bahsedeceğim teknoloji hepiniz az çok yakından tanıyor.

  IŞINLANMA

Temeli uzun mesafeli hayali dolaşıklık olayı yatıyor. İnsanları ve cisimleri aralarındaki boşluktan geçmeden bir yerden bir yere aktarmak fizikçilerin büyük hayallerinden biri. Bizim bilim kurgu dediğimiz bu olayı dolaşıklık mümkün kılabilir. Afrika açıklarındaki kanarya adalarında deneyler yapılmaya devam ediliyor. Anton Zeilinger cisimleri ve insanları ışınlama konusunda oldukça uzak fakat farklı minik molekülleri ışınlamak için kuantum dolaşıklığını kullanmaya çalışıyor. Foton ve ışık molekülleri ile çalışıyor İşe bir çift dolaşık elektron üreterek başlıyor. Dolaşık fotonlardan biri Anton Zeilinger da diğeri ise lazer güdümlü teleskopla 144 km uzaklıkta ki diğer bir tesise gönderiliyor. Zeilinger daha sonra ışınlamak istediği üçüncü bir foton getiriyor ve onu kendinde ki fotonla etkileşime sokmaya başlıyor. Ekip iki molekülün kuantum durumlarını karşılaştırarak etkileşimi inceleyecek. Ve işte o inanılmaz kısım; hayali olay sayesinde ekip bu karşılaştırmayı 144 km uzaklıktaki bulunan dolaşık fotonu üçüncü fotonun bire bir kopyası yapmak için kullanabilecek.

Üçücü foton dolaşık elektronla etkileşime sokuluyor

Ve işte o muhteşem sonuç !!

Bu üçüncü foton aradaki boşluktan geçmeyerek diğer tesise ışınlanacakmış gibi olacak. Zeilinger  bu tekniği başka yerlerde de kullanarak binlerce fotonu ışınlamayı başarabilmiş.

Peki bu daha ileri götürülebilir mi ? 

Bizde moleküllerden oluştuğumuza göre bu işlem sayesinde insanlarda bir gün ışınlanabilir mi ? Diyelim ki öğle yemeği için Parise gitmek istiyorum. Dolaşık moleküller sayesinde teoride bu bir gün mümkün olabilir. İhtiyacım olan şey Pariste ki bir molekül odacığı ve dolaşık halde olan Türkiye de bulunan başka bir molekül odacığı. Fax makinesi gibi işleyen bir kapsülün içine girerim. Alet vücudumdaki sayısı gözle görülebilir evrendeki yıldızlardan daha fazla olan molekül sayısını tararken diğer odacıkta ki molekülleri de beraberinde tarıyor. Ve iki takım molekülün kuantum durumunu karşılaştıran bir liste ortaya çıkıyor ve işte dolaşıklık bu noktada devreye giriyor. Uzun mesafedeki dolaşıklık olayı sayesinde liste aynı zamanda benim moleküllerimin başlangıçtaki kuantum durumunu Pariste ki moleküllerin durumuyla  nasıl ilişkili olduğunu ortaya çıkarıyor. Daha sonra operatör bu listeyi Parise gönderiyor. Orda benim her bir molekülümün kuantum durumunu yeniden inşa etmek için verileri kullanıyorlar ve yeni ben görülmeye başlıyor. Bu moleküllerin Türkiye den Parise gitmesi ile alakalı değil. Bu dolaşıklığın benim kuantum durumumun Türkiye de çıkarılmasına ve Pariste yeniden  yapılandırılmasına olanak sağlamasıyla ilgili. Bu sayede şuan kendimin birebir kopyası olarak Paristeyim diyelim ve Paris`te olsam iyi olur çünkü Türkiye de bütün moleküllerimin kuantum durumunun ölçülmesi orijinal beni yok etti. Yok edilmenin kuantum ışınlama protokolünde kesinlikle olması gerekir.


Günümüzde insan ışınlama konusundan oldukça uzağız ama bunun olma ihtimali bir konuyu gündeme getiriyor Parise gelen ben gerçekten ben miyim ? Türkiye de ki ben ile Paris`te ki ben arasında hiç bir fark olmamalı. bunun nedeni de şu ki kuantum mekaniğine göre beni ben yapan fiziksel moleküller değil moleküllerin içerdiği bilgidir ve bu bilgi vücudumu oluşturan trilyonlarca moleküle rağmen mükemmel bir şekilde ışınlandı. İşte bu çok felsefi bir soru. Parise gelen ben orijinal mi yoksa değil mi ?

Son söz :

Benim düşüncem şu ki orijinal derken orijinalin bütün özelliklerini taşıyan bir kopyadan bahsediyoruz.

Olabilirlik dalgası, dolaşıklık ve atomun yapısını anlattığım  Kuantum Mekaniğinin Gelişim Aşamaları adlı yazımada bakabilirsiniz.