Physics World dergisi 25. kuruluş yıl dönümü üzerine fizikte son 25 yıl içinde gerçekleşen en önemli 5 keşfi Ekim 2013 sayılarında okuyucuları ile paylaştı. Bu ilk 5’in belirlenmesinde ise editörler için yakın gelecekte dünyamızı değiştirme olasılığı en yüksek olan keşifler kıstas olmuş. Kuark Bilim Topluluğu Bilim Sitesi’nde biz de ilk 5’te yer alan bu keşifleri bir yazı dizisi çerçevesinde siz okuyucularımızla paylaşacağız. Bu yazı dizisi için ilk yazımızda daha önce de web sitemizde konu ettiğimiz kuantum ışınlamadan yeniden söz edeceğiz.
Işınla beni yukarı. Işınlanma şimdilik mümkün, sadece kuantum durumları için olsa bile. Photo: Paramount Television.
Star Trek serisinde sinema izleyicisinin aşina olduğu ışınlanma bilim-kurgu dünyasının en önemli fenomenlerinden biri hâline gelmişti. Bu kelime ilk olarak 1931 yılında Amerikalı yazar Charles Fort’un “Lo!” isimli kitabında kullanılmıştı. 1993 yılında ise uluslararası bir grup bilim insanı bir kuantum durumunun ışınlanmasının tamamen mümkün olduğunu duyurduklarında kurgu ile gerçeğin birleştiği anlaşıldı.
Oldukça basit bir şekilde, bir kuantum durumunu ışınlama bir sistemin hassas derecedeki başlangıç ölçümünü içermektedir, aslında ışınlama bir alıcı hedefe bilginin aktarılmasıdır ve sonra kaynak durumun mükemmel bir kopyasının yeniden inşa edilmesidir. Uzun bir süredir bu süreçteki ilk adımın Heisenberg’in belirsizlik ilkesinden dolayı imkânsız olduğu düşünülüyordu. Çünkü bir kuantum sistemin mükemmel bir kopyasını yapmak kaynak sistemin uyarılması anlamına geliyordu ve bu da kaynak durumun etkin bir şekilde çökmesi demektir. Fakat 1992 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nde Montreal’de yapılan bir konferansta İsrail Teknoloji Enstitüsü’nden William Wooters ve Asher Peres’in tuhaf bir teorik çalışmasını sunmasıyla bu engel açıklığa kavuştu. Peres ve çalışma arkadaşları kuantum durumları bilinmeyen ama iki özdeş fotonun her ikisinden birinin ya yatay ya da dikey polarize olarak düşünülebileceğini buldu. Aslında araştırmacıların buldukları şey, eğer bu iki bilinmeyen kuantum durumu daha önce birbirleri ile etkileşim hâlinde olduysalar yani dolanık hâle gelmişlerse, bir gözlemci bu çift durumlar üzerine yapacağı tek bir ölçümden sistem hakkındaki bilginin en üst olasılıktaki bilgi miktarını toplayabilir. Üstelik bunu birbirinden ayrı bileşenleri çok sayıdaki ölçümde kullanmadan. Başka bir deyişle, kaynak durumların bir özelliği ki bu durumda fotonların özelliği polarizasyon en iyi olasılıkla tahmin edilebilir. Konferanstaki bu sunum sonrasında Wooters, Peres ve IBM’den Charles Bennett’in de aralarında bulunduğu dört diğer araştırmacı ile birlikte kuantum ışınlanmanın temelleri hazırlandı. Bu araştırmacıların protokolü [Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).] bir gözlemcinin (Alice) bilinmeyen bir kuantum durumu hakkında bilgiyi başka bir gözlemciye (Bob) göndermesine olanak tanıyordu. Yani basitçe bir klasik bilgi geçişiydi. Bu Alice ve Bob dolanık parçacık çiftinden birini birbirlerine vermeleri ile tamamlanıyordu. Alice bilgi sahibi olduğu dolanık parçacık çiftinin biri ile bilinmeyen kuantum durumu etkileşir, ardından birleşen kuantum durumu ölçümünden sonra Bob’a klasik bir kanal boyunca sonuç gönderilir. Ölçüm eylemi Bob’un elindeki dolanık çiftten birinin durumunu uyarır ve bu Alice’in ölçümünün sonucu ile birleşir ve Bob’a bilinmeyen kuantum durumunun yeniden inşa edilmesine izin verir.
1997 yılında Innsbruck Üniversitesi’nden Anton Zeilinger’in liderliğindeki başka bir grup araştırmacı bu az önce söz ettiğim düşünceleri polarize bir fotonun ışınlanmasında uygulamaya koydular[Nature 390, 575 (1997)]. Bu atılımı değişik başka sistemlerde benzer çabalar süratli bir şekilde izledi. Atomik spinlerin, eşfazlı ışık alanların, nükler spinlerin ve tuzaklanmış iyonların ışınlanması bu çabalardan birkaçı.
Kuantum ışınlanmada rekor mesafe günümüzde tek atomlar için 21 metre ve fotonlar için 143 kilometre şeklinde. Araştırmacılar ayrıca sezyum atomları arasındaki makroskopik karmaşık spin durumlarını da ışınladılar ve hatta bir bilgisayar çipinde katıhal kubiti de. Değişik araştırma grupları da Uluslararası Uzay İstasyonu’ndan kuantum ışınlanmayı gerçekleştirmek için çabalıyorlar. Tabii ki Star Trek’de olduğu gibi “Işınla beni Scotty!” kadar abartılı bir çalışma içinde değiller.
Son 25 yılın en önemli fizik keşiflerinden biri olan kuantum ışınlama hakkında bu haberde söyleyeceklerimiz bu kadar ama daha önce web sitemizde yayınladığımız yazı ve haberlerde daha geniş bilgilere de ulaşabilirsiniz:
- Kuantum Işınlanma ve Kuantum Dolanıklık
- Kuantum Işınlamadan Uydu Temelli Kuantum İletişime
- Küresel Kuantum İletişim Ağı İçin İlk Deneyler
Dünyamızı değiştirebilecek fizik keşifleri yazı dizisinde sonraki yazımızda görüşmek üzere…
Gökhan Atmaca, MSc. twitter.com/kuarkatmaca | facebook.com/anadoluca
Kaynak:
- Tushna Commissariat, From A to B in an instant, Physics World, October 2013.
Yazı dizisinde,
Sonraki yazı: Bose-Einstein Yoğunlaşması
