Kuantum Dolanıklık Nedir, Neye Yarayacak

İllüzyonları hepimiz şaşırtıcı bulmuşuzdur. Sihirbaz sahneye çıkar; bir cismi veya canlıyı çok kısa bir süre içerisinde ortadan kaybeder. Kendimizi bunun gerçek olmadığına, göz yanılması olduğuna ikna etmeye çalışsak dahi, ilginç olduğunu inkar edemeyiz. Bu, makro boyutta gerçekleşen bir illüzyon. Çok ama çok küçük boyutlarda daha ilginç bir illüzyon gerçekleşiyor. Öyle ki bu küçük boyutlardaki illüzyon hayatımızda büyük değişimlere yol açıyor.

Daha önce kelebek etkisini duymuşsunuzdur. Kelebek etkisinin temelinde; “Dünyanın bir ucunda kelebek kanat çırpsa, Dünyanın diğer tarafında fırtınalar kopar” düşüncesi yatmaktadır. Yani özetlemek gerekirse; bizim için önemsiz görünen bir etki, başka boyutlarda daha büyük bir etki yaratabilir. Magnolia adlı bir filmde bu etki çok güzel bir şekilde ele alınmıştı. Meksika’nın ücra bir köyünde, yumurta kaynatan bir adamın tenceresinden çıkan buhar sebebiyle, aslında yağmayacak olan yağmurun nasıl yağdığı anlatılır. Daha önce söylemiş olduğumuz küçük boyutlardaki illüzyonda bu davranışa benzer. Biz bu illüzyona daha yakından bakalım.
Elektronların illüzyonu..

Kuantum mekaniği evreni keşfetme maceramıza bambaşka bir heyecan getirdi. Bildiklerimizin doğru olup olmadığını tekrar gözden geçirmemize yol açan bir bilimsel bir devrimdi bu, ve bildiklerimizin kuantum düzeyinde hiçbir işe yaramadığını öğrendik. Kuantum dolanıklığı da bunlardan biri. Biz biliyoruz ki kuantum mekaniğine göre bir elektronun konumu ve dönüşü kesin olarak bilinemez. Çünkü elektronlar aynı zamanda birden çok yerde bulunabilirler ta ki siz gözlemleyene kadar. Elektronlar bu ilginç tavırlarına bir yenisini daha eklemişti: Dolaşıklık.

Kuantum dolaşıklığı evrende bulunan iki parçacığın birbirlerine göre zıt davranmasını açıklıyor. Eğer iki elektron başlangıçta uyum içerisinde titreşmekte (eş evrelilik adı verilen durum) ise, büyük bir mesafe ile birbirlerinden ayrılsa dahi dalgaya benzeyen bir eş zamanlılık halinde kalmayı sürdürebilirler. İki elektron, birbirlerinden ışık yılları kadar uzak olsa bile, onları bir göbek kordonu gibi birbirlerine bağlayan görünmez bir Schrödinger dalgası mevcuttur. Eğer elektronlardan birinin başına bir şey gelecek olursa, bu bilginin bir bölümü derhal diğer elektrona aktarılır. Bu, eş evreli olarak titreşen parçacıkların onları birbirine bağlayan derin bir tür bağlantıya sahip olmaları kavramıdır ve “kuantum dolaşıklığı/dolanıklığı” olarak adlandırılır.

Uyum içerisinde titreşen iki eş evreli elektron ele alalım. Sonra, her ikisini ters yönlere gönderelim. Elektronların her biri, dönen bir topaç gibidir. Her elektronun dönüşü, yukarıya veya aşağıya doğru olabilir. Sistemin toplam dönüşünün sıfır olduğunu varsayalım, böylece elektronlardan birinin dönüşü yukarıya doğru ise, diğerininkinin aşağıya doğru olduğunu kendiliğinden bilirsiniz. Kuantum mekaniği uyarınca, bir ölçüm yapmadan önce elektron ne aşağıya ne de yukarıya dönmemektedir. Fakat hem aşağıya hem de yukarıya doğru döndüğü bir alt durum bulunmaktadır (Bir gözlem yaptığınız anda dalga fonksiyonu çöker ve parçacığı tanımlı bir durumda bırakır).
Sonra, bir elektronun dönüşünü ölçün. Diyelim ki yukarıya doğru dönüyor olsun. O zaman hemen bilirsiniz ki, diğer elektronun dönüşü aşağıya doğrudur.

Elektronlar birbirinden milyarlarca ışık yılı kadar ayrı olsalar dahi, birinci elektronun dönüşünü ölçtüğünüz anda ikinci elektronun dönüşünü bilirsiniz. İşin enteresan tarafı, bunu ışık hızından daha hızlı bir şekilde bilirsiniz. Bu iki elektron birbirlerine dolanık olduğu, yani dalga fonksiyonları uyum içerisinde işlemekte olduğu için, dalga fonksiyonları görünmeyen bir ip veya göbek kordonuyla birbirine bağlıdır. Birine olan herhangi bir şey, diğeri üzerinde kendiliğinden etki yaratır. Bir bakıma bu, bize olan her şeyin evrenin uzak köşelerindeki şeyleri anında etkilediği anlamına gelmektedir, çünkü dalga fonksiyonlarımız muhtemelen zamanın başlangıcında birbirine dolanım hale gelmiştir. Bir bakıma biz dahil evrenin uzak köşelerini birbirine bağlayan bir dolaşıklık ağı bulunmaktadır.

Einstein böyle bir şeyin mümkün olamayacağını ve bu nedenle kuantum mekaniğinin yanlış olduğunu söyledi. Çünkü hiçbir şey ışıktan hızlı hareket edemezdi. Ona bakılırsa bu olay ona kuantum mekaniğinin yanlış olduğunu kanıtlama fırsatı vermişti. Başlangıçta EPR adı verilen deneyini kuantum mekaniğinin ölüm fermanı olarak tasarlamıştı. Fakat, 1980’lerde Alan Aspect ve çalışma arkadaşları Fransa’da birbirinden 15 metre uzaklıkta iki algılayıcı kullanarak bu deneyi yaptılar ve kalsiyum atomlarından çıkan elektronların dönüşlerini ölçerek sonuçların kuantum mekaniğiyle tam olarak uyuştuğunu buldular. Einstein’ın bu konuda söylediği “Tanrı zar atmaz” sözüne karşılık ortaya çıkan sonuç tanrının zar attığı yönündeydi. Evet, Tanrı evrenle zar atışıyordu.

Bu dolaşıklık bize bambaşka gelişmelerin yolunu açtı. En basitinden kuantum bilgisayarlar. Normal bir bilgisayar “bit” adı verilen komutlarla çalışır. Bitler bilgiyi depolarken iki sayı kullanır. Bunlar 1 ve 0 sayıları. Her bit sadece ya 0 ya da 1 değerini alabilir. Fakat kuantum bilgisayarlar “Qubit” adını verdiğimiz kuantum bitleri ile çalışır. Qubit’in normal bitten farkı aynı zamanda hem 1 hemde 0 değerini alabilmesi. Normal bir bilgisayar bir matematik işlemini çok uzun sürelerde çözerken, kuantum bilgisayarlar çok ama çok kısa süre içinde çözüm yolunu bulabilmektedir. Bunun nedeni normal bilgisayarların çözüm yaparken her denemede tek bir alternatif yaratması. Fakat kuantum bilgisayarlar birçok çözümü bir anda deneyebilmekte.

Tabiki kuantum bilgisayarların önünde büyük engeller bulunmakta. Bunlardan en büyüğü, en küçük bir titreşimin elektron dolaşıklığını bozabilecek olması. Bilim insanları ve mühendislerin bu konuda çalışmaları devam etmektedir.

Dolaşıklık aynı zamanda bilim-kurgu filmlerinde gördüğümüz ışınlamayı da mümkün kılabilir. İlk olarak Kanarya Adaları’nda deneyleri yapılan ışınlanma (diyebileceğimiz) olay, atom altı düzeyinde gerçekleşti. Peki bu işlem nasıl oluyor? Bu sefer başta söylediğimiz dolaşık elektronlar yerine dolaşık fotonlar alınıyor. Fotonlar dolaşık halde iken fotonlardan biri 143 kilometre ilerideki adaya gönderiliyor. Bu işlemden sonra geride kalan fotonla bir başka ışık fotonu etkileşime sokuluyor. Dolaşıklık nedeniyle bu etkileşim 143 kilometre ilerdeki fotonu da etkiliyor. Bunun sonucunda etkileşime sokulan fotonun tüm bilgileri 143 km ötedeki fotonda da ortaya çıkıyor ve etkileşim bittiğinde 143 kilometre ötede ki ada da etkileşime sokulan fotonu buluyorsunuz. Henüz atom ve molekül düzeyinde yapılmasına karşın tüm çalışmalar makro cisimleri de ışınlamak adına sürüyor.

Tartışmasız en iyi bilimkurgu yapıtı olan Star Trek, hayatımıza cep telefonu, dokunmatik ekranlar, otomatik açılan kapılan gibi çok sayıda yenilik kattı. Elbette, ışınlanma da Star Trek’in bizlere verdiği ilhamlardan biri…

İletişim konusunda da kuantum bize yeni bir çağı işaret ediyor. Bildiğiniz gibi Çin yakın zamanda Kuantum Telekomünikasyon Uydusu’nu fırlattı. Bu uydunun çalışma mantığı da tamamıyla kuantum mekaniğine dayanmaktadır. Kuantum iletişim uydularıyla yapılan haberleşmede kullanılan şifreleme yöntemi, kuantum karmaşıklığı nedeniyle bu şifrenin kırılmasını neredeyse imkansız kılıyor. Böylelikle kuantum uydular hem stratejik yönden hem de güvenlik yönünden geleceğin teknolojisi işaret ediyor. Fakat belirtmek gerekir ki her ne kadar imkansız da görünse de bu hiçbir zaman şifrelerin kırılamayacağı anlamına gelmez.

Görüldüğü gibi kuantum her ne kadar karmaşık olsa da bu karmaşa bize bambaşka gelişmelerin önünü açıyor. Gelecekte kuantum mekaniğini başka hangi alanlarda göreceğimizi bilmiyoruz, fakat o günlerin çok uzakta olmadığına eminiz.

KAYNAK: *Kozmikanafor.com,  “Kuantum Dolanıklık Nedir, Neye Yarayacak?”,

http://www.kozmikanafor.com/kuantum-dolaniklik/