Kuantum Mekaniği Bölüm 5; Kuantum Uygulamaları

Zaman, evren ve gerçeklik kavramlarını yeniden gözden geçirmemize neden olacak kadar büyük bir şeyi acaba yaşamımızda kullanabilir miyiz? Evet, Kuantum her şeyi yeniden yorumlamamıza neden oldu. Gözlemci her şeyi değiştiriyor, herkes gerçekliği kendi yaratıyordu. Dünya’mızı olasılıklar yönetiyor ve zaman, hiçte sandığımız gibi tek yöne doğru akmıyordu.

Peki ama tüm bu uçuk fikirler nasıl hayatımıza girecek?

1967 yılında John Clauser adında ki bir bilim adamı astrofizik konusunda doktorasını tamamlamak üzereydi. Seçtiği konu ise Kuantum Mekaniği oldu.

Clauser doktora çalışmalarını yaparken ünlü bir fizikçi olan John Bell’in el yazısıyla yazılmış bir nota rastladı. Bell’in neredeyse tanınmayacak yazısında Einstein ile Bohr arasındaki savaşın galibini belirleyebilecek bir yol bulmuş gibiydi. Yazıyı okuyan Clauser, Bell’in dolanık moleküllerin gerçekten hayali bir şekilde iletişim kurup kurmadıklarını ya da bir çift eldiven gibi aralarında herhangi bir ilişki olup olmadığının nasıl ifade edilebileceğini keşfettiğini gördü. Bunun da ötesinde Bell biraz matematik kullanarak, eğer hayali bir olay yoksa Kuantum Mekaniği’’nin tek başına eksik olduğunu gösterdi.7747_computer

Bell bir teorisyendi fakat yazdıkları birçok dolanık molekülü oluşturan ve karşılaştırabilen bir makine yapılabilinirse sorunun cevabının bulunacağını gösterdi. Clauser bu makineyi hemen yapmaya koyuldu.

Clauser’ın makinesi binlerce dolanık molekülü ölçebiliyor ve çok farklı şekillerde kıyaslayabiliyordu. Sonuçlar gelmeye başladığında Clauser çok şaşırdı ve bu durum onu pekte mutlu etmedi. Çünkü onun düşündüğü sonuçların tam tersi geliyordu deneylerde. Clauser defalarca kez deneyleri tekrarlamasına rağmen hep aynı sonuçlarla karşılaştı. Ardından başka bilim adamları deney düzeneğini daha da geliştirerek deneylere devam ettiler.

Geliştirilen deney düzeneğine göre, diğerini etkileyen moleküllerden birini ölçmenin tek yolu birbirlerinin arasında ışık hızından daha hızlı bir yolculuk yapan sinyallerden geçebilirdi. Ancak Einstein, görelilik kuramında bunun mümkün olamayacağını bizzat göstermişti. Kalan tek açıklamaysa hayali bir olaydı. Deneyin sonuçlarına göre Kuantum Mekaniği matematiği doğruydu. Sonuçlarla birlikte bu konuda ki kuşkuların tamamı neredeyse ortadan kalktı. Yani dolanıklık diye bir şey vardı ve bir dolanık molekülü ölçmek diğerini aniden etkiliyordu. Einstein’ın imkansız olarak düşündüğü uzak mesafede ki hayali olay gerçekten de oluyordu.

Peki bu dolanıklık olayını teknolojik anlamda kullanabilir miyiz?

İnsanlığın muhtemelen en büyük hayali ışınlanmadır. Yani bir yerden başka bir yere geçerken arada ki boşluğu kullanmadan yolculuk yapmak, tıpkı elektronların bir yörüngeden diğerine sıçramaları gibi.

Işınlanmak İçin Dolanıklığı Kullanabilir Miyiz Acaba?

Afrika açıklarındaki Kanarya Adaları’’nda bu konuda deneyler yapılmaya çoktan başlandı bile. Bu deneyler küçük molekülleri, dolanıklığı kullanarak ışınlamayı amaçlıyor.7747_quantum

Dolanık fotonlardan biri laboratuarda kalırken diğeri adanın diğer tarafında ki başka bir laboratuara lazerli bir teleskop ile gönderiliyor. Ardından ışınlamak istenilen üçüncü bir foton getiriliyor ve onu ilk laboratuarda ki foton ile etkileşime sokuyor. İşin harika kısmı ise burada başlıyor. Etkileşime sokulan foton dolanık foton vasıtasıyla diğer laboratuarda birebir üçüncü fotonun aynısını ortaya çıkarıyor. Bu üçüncü foton arada ki boşlukta seyahat etmeden yani ışınlanarak diğer laboratuara gidiyordu.

Peki bu daha da ileri götürülüp molekül ışınlama hatta ve hatta madde ışınlamaya kadar gider mi? Bizde atomlardan oluştuğumuza göre bir gün biz de ışınlanabilir miyiz acaba?

Dolanık moleküller sayesinde bu mümkün olabilir. Bunun için biri bulunduğumuz yerde diğeri ise gitmek istediğimiz yerde olmak üzere iki adet dolanık moleküllerden oluşan odacığa ihtiyacımız var. Bu odacıkta vücüdumuzda ki tüm moleküller bir bilgisayar tarafından taranır. Ardından taranan ve depolanan bilgi diğer odacığa yollanır ve dolanıklık sayesinde diğer odacığa ışınlanmış oluruz. Başta da dediğimiz gibi bu moleküllerin bir yerden başka bir yere gitmesiyle alakalı değil sadece başlangıçta ki kuantum durumunun çıkarılması ve diğer odacıkta yeniden yapılandırılmasına olanak sağlamasıyla ilgili.7747_teleportation

Günümüzde insan ışınlamadan oldukça uzağız. İnsan ışınlaması olsun ya da olmasın kuantum belirsizliği diğer tüm potansiyel uygulamalara sahip. Bunlardan günümüzde en çok revaçta olan ve üzerine en çok düşünüleni ise kuantum bilgisayarları.

Peki Kuantum Bilgisayarları Nasıl Çalışır?

Aslında normal bilgisayarlarla aynı dili konuşurlar yani 2’li kod. Bilgisayarların dili bit denilen 0’lar ve 1’lerden oluşan diziler ve algoritmalardır. Normal bir bilgisayar milyonlarca işlemi bu 2’li kodları bir araya getirerek, belirli algoritmalar kullanarak yapar.

Aynı şeyi kuantum bilgisayarlarda yapar ancak tek bir farkla. Normal bir bilgisayarda herhangi bir anda 0 ya da 1 olan klasik bitin aksine kuantum biti biraz daha esnektir. Yani kuantum biti ya da Q-Bit aynı anda hem 0 hem de 1 olabilir.

Bunun önemi şurada, Q-Bit yardımıyla aynı anda birden çok işlem yapabiliriz. Üstüne bir de bu Q-Bit’lerin nasıl bir araya geldiğini çözebilirsek hesaplama gücü katlanarak daha da mükemmel hale gelebilir.

Biliyorum ki aklınız yine fazlasıyla karıştı. O yüzden basit bir örnek vermek yerinde olacak. Dev bir labirent hayal edip rastgele labirentin ortalarında bir yerde de kendiniz olduğunu düşünün. Sizi labirentten çıkarmak için 2 tane de bilgisayarınız olsun. Bir tanesi normal bitleri kullanan günümüzde ki bilgisayar, diğeri ise Q-bitleri kullanan kuantum bilgisayarı. Şimdi gelelim bu iki bilgisayarın nasıl hareket edeceklerine.

Normal bilgisayar milyonlarca olasılığı tek tek hesaplayarak yani rastgele ilk yola girer hata yapar, ikinciye girer hata yapar, üçüncüye girer hata yapar bu döngü ta ki bilgisayar doğru yolu bulana kadar gerçekleşir. Günümüzde ki bilgisayarlar sorunları hemen hemen bu şekilde çözer. Çok hızlı işlem yapmalarına rağmen tek seferde sadece bir işlem yapabilirler. Bu da görüldüğü üzere çok zaman alır. Fakat tüm olasılıkları aynı anda deneyebilseydik bu sorunu çok çabuk çözebilirdik. İşte kuantum bilgisayarları bu şekilde çalışır. Moleküller aynı anda birçok yerde olabildiği için bilgisayar çok fazla sayıda yolu ya da çözümü aynı anda araştırıp doğru olanı hemen bulabilir.

Kuantum dünyasının güçlerini kullanmada gün geçtikçe daha da iyiye gidiyoruz. Ancak bu teorinin temelinde halen büyük bir boşluk olduğu da aşikardır.

7747_kuantumKuantum mekaniğinin gücü ve doğruluğu ortaya çıkmasına rağmen bilim adamları hala bunu anlamakta zorlanıyor. Kimi bilim adamları kuantum denklemlerinde ki bazı detayların eksik olduğunu düşünüyor ve atom altı dünyada çok fazla sayıda olasılık olmasına rağmen eksik olan kısımlar atomlardan büyük dünyada ki nesnelere giden ihtimalleri belirleyebiliyor. Böylece bu küçük dünyada ki olasılıklar dizisinden biri dışında her şey kesin bir sonuçla netleşmiş oluyor. Yani o tek sonuca ulaşabilmemiz için Kuantum’da halen eksik kısımlar olduğu düşünülüyor.

Öte yandan bir başka grup fizikçiler kuantum dünyasında var olan olasılıkların hiçbir zaman ortadan kalkmayacağına inanıyor. Her bir olası sonuç gerçekten meydana geliyor olmasına rağmen bizimkine benzer evrende sadece büyük bir kısmı gerçekleşiyor. Fakat gerçeklik hepimizin gördüğü bir evrenin ötesine gidebilir ve durmaksızın kollara ayrılarak her olasılığın gerçekleştiği alternatif dünyalar yaratabilir. Bu kuantum mekaniğinin şimdilik sınır noktası olarak görülüyor ve kimse nereye gideceğini bilmiyor.

Kuantum Mekaniği çok ama çok karışık bir konudur. Bunun üzerine binlerce makale, yüzlerce kitap yazıldı. Neredeyse her gün yeni bir teori ortaya atılıyor, asırlık bir geçmişi olsa da Kuantum’u anlamakta hala zorlanıyoruz.

Yazdığım beş makalede “Kuantum’”u bu konuda herhangi bir fikri olmayan birinin dahi anlayabileceği şekilde indirgemeye çalıştım, umarım bunu başarabilmişimdir.

“Kuantum Mekaniği Bölüm 1” için tıklayın.

“Kuantum Mekaniği Bölüm 2” için tıklayın.

“Kuantum Mekaniği Bölüm 3” için tıklayın.

“Kuantum Mekaniği Bölüm 4” için tıklayın.

Kaynakça:
Our Mathematical Universe – Max Tegmark
Relativistic Quantum Physics – Tommy Ohlsson
The Quantum Universe – Brian Cox&Jeff Forshaw
Quantum Mechanics Concept and Applications – Nouredine Zettili

Yazar: Oktay Yıldırım