Bilimde Son Nokta |
Kuantum Işınlanma

Bilim adamları kuantum seviyesinde gaz atomlarını bir noktadan başka bir noktaya ışınlamayı başardı. Şimdi ise atomlara yüklenen bilgileri fotonlar yoluyla ışınlamaya çalışıyorlar. Peki nasıl mı? Atomlar ışınlanabiliyorsa, insan vücudu da atomlardan meydana geliyorsa, insanlarda ışınlanabilir mi? Cevapları haberimizin devamında.

A- A+

24.07.2013 tarihli yazı 84650 kez okunmuştur.

Araştırmacılar yıllardır bir kuantum seviyesinde (kubit) ışıktan ışığa bilgiyi ışınlamaya çalışıyor. 2006’da Niels Bohr Enstitüsü’nde ki araştırmacılar ışık ve gaz atomları arasında ışınlanma olayını gerçekleştirmişti. Şimdi ise bu araştırma grubu iki gaz atomu arasında bilgiyi ışınlama yoluyla taşımayı başardı. Bunu bir veya birkaç kere değil, kalıcı ve sürekli olarak gerçekleştirebiliyorlar. Sonuçlar “Nature Physics” adlı bilim dergisinde yayınlanıyor.

Kuantum dolanıklığı, kuantum kriptografi(şifreleme), kuantum bilgisayar ve kuantum ışınlanma gibi merak uyandıran günümüz bilimin en önemli uğraşları üzerine araştırmaları, fiziğin en ilginç çalışma alanlarından biridir. Deneylerin nasıl yapıldığını açıklamadan önce kuantum dolanıklığı hakkında biraz bilgiler vermemiz gerekiyor.

Kuantum Dolanıklığı Nedir?

Kuantum dolanıklığı, iki veya daha fazla kuantum parçacığının, mesela fotonun, fiziksel özelliklerinin güçlü bir şekilde bağıntılı olduğu durumdur. Fakat dolanıklık bizim bildiğimiz şekilde saçların, kabloların veya iplerin dolanık olması anlamında değil, yerine ışığın yapıtaşları olan fotonlar gibi kuantum maddelerinin nasıl birlikte olduğunu, birbirlerine nasıl bağlandığını ve nasıl birbirlerini etkilediğini, bilginin kuantum bitlerini (kubitleri) nasıl paylaştığını anlatır.

Kuantum Işınlama Nedir?

Maddenin ışınlaması için foton çiftleri kullanılabilmektedir. Bu foton çiftleri birbiri ile aynı özelliği gösteren iki fotondan oluşur. Örnek olarak, bir foton Ay'a gönderilse ve Dünya'daki uyarılsa aynı anda fiziksel bir bağ olmamasına rağmen diğer foton da tetiklenir. Foton çiftleri ile maddenin atomları kodlanıp(kuantum şifreleme) diğer merkezdeki fotonlara gönderilir. Kodlar diğer merkezde işlenip, diğer merkezdeki aynı tip atomlar birleştirilir ve aynı madde elde edilir. Bu şekilde madde taşınması veya elektronik olarak madde kopyalanması yapılabilir. Işınlama işleminin sonunda orijinal maddenin yok edilmesi gerekir. Pratik olarak bu şekilde ışınlama yapılmıştır.

► İlginizi Çekebilir: 0 ve 1'in de Ötesi Kuantum Bilgisayarlar !

Gelelim deneylere; nerede ve nasıl gerçekleştiriyorlar?

Kopenhag Üniversitesi Niels Bohr Enstitüsü’nde Quantop Araştırma Merkezinde Prof. Dr. Eugene Polzik yaptığı açıklamada “Her etabı başarıyla sonuçlananan deneylerde bir çok kalıcı sonuçların elde edilmesi, kuantumun fiziksel araştırmaları için çok önemli bir adımdır.” dedi.

Deneyler Niels Bohr Enstitüsü’ndeki yeraltı laboratuarlarında yapılıyor. Burada içinde milyarlarca sezyum gaz atomları içeren 2 tane cam kap bulunmaktadır. Bu iki cam kap birbirlerine bağlı değil. Fakat bilgi lazer ışınları yoluyla cam kaptan diğer cam kaba ışınlanıyor. Işık önce birinci cam kabın içine gönderiliyor sonra bu tuhaf kuantum olayı meydana geliyor (yukarıda deneylerden önce anlattığımız) yani ışık ve gaz kuantum dolanıklığı halini alıyor. Buradaki olay şu; dolanık olma durumu dediğimiz şey; gaz ile ışık arasında bir kuantum çizgisinin kurulmasıdır, önceden anlattığımız gibi birbirlerini tetiklemeleridir. Yani birbirleriyle eş zamanlı oluyorlar.

Her iki cam kap bir manyetik alan içinde kapalıdır. Belirli bir dalgaboyuna sahip lazer ışınları gaz atomlarına vuruyor ve buna tepki veren atomların içindeki en dışta olan elektronlar aynı yönü işaret ediyorlar. Bu yön yukarı ya da aşağı olabilir. Bilgisayar bitlerinde iki düzey olan 0 ve 1 ile aynı anlamda aslında. Bu yukarı aşağı olma durumu da kuantum bilgilerini (kubit) oluşturuyor.

Ardında gaz, kuantum bilgilerini içeren fotonlar(ışığın yapıtaşları) yayıyor. Işık, içinde gaz bulunan diğer cam kaba gönderilir ve kuantum bilgisi bu gelen ışıktan okunur ve bir dedektör yardımıyla kaydedilir.

Dedektörden gelen sinyal tekrar ilk cam kaba gönderilir ve elektron atomlarının yönü gelen sinyale bağlı olarak ayarlanır. Bu olay ikinci kaptan birinci kaba ışınlanma şeklinde adlandırılır.

► İlginizi Çekebilir: Schrödinger'in Denklemi Nedir? | Kuantum Dersleri

Yeni Metot

Artık deneyler yüksek sıcaklıktaki odalarda gerçekleştiriliyor. Böylece gaz atomları cam kabın içinde saniyede 200 metre kadar bir hızla hareket ediyorlar. Ancak bu durum, yeni bir sorunu ortaya çıkarıyor. Cam kabın duvarına sürekli olarak yüksek hızda çarpmaları, şifrelenmiş kuantum bilgilerini kaybetmesine neden oluyor. Fakat araştırma grubu bunun için bir çözüm geliştirdi.

Araştırma grubunun başındaki isim Prof. Eugene Polzik “Biz cam kabın iç kısmındaki duvarına bir çeşit parafinden yapılmış bir tabaka yerleştiriyoruz. Bu tabakaya gaz atomları yüksek hızda çarpsa bile kodlarının (şifrelerinin) kaybetmemesine neden oluyor.” dedi.

Kulağa çok kolay bir çözüm gibi geliyor ancak gerçekte gerçekleştirilmesi çok zor ve çok karışık bir metot. Deneyin bir diğer unsuru da fotonların kuantum bilgilerini kaydeden hassas bir dedektör geliştirmek vardı. Bu noktada araştırmacılar, fotonları çok efektif bir şekilde saptayan son derece hassas bir dedektör geliştirdi. Bu nedenle deneyler her seferinde başarılı bir şekilde gerçekleşiyor.

Fakat Prof. Eugene Polzik , laboratuarların büyüklüğü ve genişliği nedeniyle çok kısa mesafede bilgiyi taşıdıklarını söyledi ve devam etti “ Biz bu oranı daha da büyütebiliriz. Özellikle bilginin taşınmasını örneğin uyduya başarabilirsek çok önemli işlere imza atabiliriz.” dedi. Bu sağlam, istikrarlı sonuçlar gelecekte kuantum iletişim ağı için çok önemli adımlardır.

Bu deneylerin ardından Uluslararası araştırmacılardan oluşan bir ekip, Kanarya Adaları'ndan La Palma ve Tenerife arasında bir kuantum bitini (qubit) tam 143 km'lik uzaklığa ışınlamayı başardı. Dikkate değer olan bu uzaklık aynı zamanda alçak yörünge uydularının dünyaya olan uzaklığına eşit. Yani başka bir deyişle artık teorik olarak uydu tabanlı bir kuantum iletişim ağının kurulmaması için hiç bir sebep kalmadı.

Kuantum Işınlanmanın Bize Ne Gibi Faydaları Olacak?

Kuantum ışınlama sadece ulaşım ve haberleşme alanında değil, tıbbi ve askeri alanda da yeni gelişmelere yol açacak. Tıpta "sanal tıp" dönemi başlayacak. Her organın kodları kopyalanıp saklanacak, ileride olası bir hastalık veya kaza sonucu organın zarar görmesi durumunda bu kodlar kullanılarak organ eski haline getirilerek tedavi edilecektir. Şu anda sadece kurgu ve teori olarak öne sürülen bu teknolojiler gün geçtikçe istenilen düzeye yaklaşmaktadır.

Kuantum ışınlanmayı daha iyi anlamak için görsel bir gösterimle ve bilimadamlarının anlatımıyla insanların kuantum ışınlanma yoluyla nasıl ışınlanabileceğinin anlatımını aşağıdaki videomuzdan izleyebilirsiniz.