Kuantum Mekaniğinin Dünyasına Yolculuk Nobel Ödülünü Kazandırdı

Quantum Entaglement
Quantum Entaglement - Kuantum Optik ve Kuantum Bilgi Enstitüsü'nün (IQOQI) Avusturyalı kuantum fizikçisi Anton Zeilinger ofisinde ayakta duruyor. Alamy Stok Görsel

Atom ve parçacıkların mikro dünyasını tanımlayan kuantum mekaniği alanındaki çığır açan çalışmaları nedeniyle üç araştırmacıya 2022 Nobel Fizik Ödülü verildi.

10 milyon İsveç kronu tutarındaki para ödülü, Fransa’daki Université Paris-Saclay’den Alain Aspect, ABD’deki J.F. Clauser & Associates’ten John Clauser ve Avusturya’daki Viyana Üniversitesi’nden Anton Zeilinger arasında “dolaşık fotonlarla yapılan deneyler, Bell eşitsizliklerinin ihlal edildiğini ortaya koymaları ve kuantum bilgi bilimine öncülük etmeleri” nedeniyle paylaştırılacak.

Kuantum mekaniği evreni kesinlikle tuhaf görünüyor. Okulda fizik denklemlerini kullanarak bir şeyin gelecekte nasıl davranacağını, örneğin bir topu tepeden aşağı yuvarladığımızda nereye gideceğini kesin olarak tahmin edebileceğimizi öğreniriz.

Bu kuantum mekaniğinden farklıdır. Tek tek tahminlerde bulunmak yerine bize atom altı parçacıkların belirli konumlarda bulunma olasılığı hakkında bilgi verir. Aslında, bir parçacık ölçülürken rastgele birini “seçmeden” önce aynı anda birden fazla konumda olabilir.

Bu durum büyük Albert Einstein’ı bile rahatsız etmiş ve sonuç olarak bunun yanlış olduğuna ikna olmuştur. Sonuçların rastgele olmasının aksine, ölçümlerimizin sonuçlarını güvenilir bir şekilde etkileyen bazı “gizli değişkenler” -göremediğimiz güçler veya yasalar- olması gerektiğini düşündü.

Bununla birlikte, birçok fizikçi kuantum mekaniğinin sonuçlarını kabul etmiştir. 1964 yılında Kuzey İrlandalı John Bell adında bir fizikçi, Einstein’ın aklındaki gizli değişkenlerin aslında var olmadığını göstermek için teorik bir test ortaya koyarak önemli bir keşif yaptı.

Kuantum teorisine göre parçacıklar “dolanık” ya da ürkütücü bir şekilde bağlı olabilir, öyle ki birini etkilediğinizde diğerini de anında ve otomatik olarak manipüle edersiniz. Çok uzaktaki parçacıklar arasındaki garip anlık etkiler, parçacıkların gizli değişkenler aracılığıyla birbirleriyle konuşmalarıyla açıklanacak olursa da, Einstein’ın teorileri ışıktan hızlı iletişimi reddeder.

Birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar parçacık niteliklerini temelde birbirine bağlayan kuantum dolanıklığını anlamak zordur. Kendisinden zıt yönlerde uzaklaşan iki foton (ışık parçacığı) salan bir ampul düşünün. Eğer bu fotonlar dolanıksa, birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar kutuplaşma gibi bir özelliği paylaşabilirler. Bell, bu iki fotonun iç içe geçmiş olduğunu göstermek için, bunlar üzerinde ayrı ayrı deneyler yapmayı ve bulguları (gerçekten ve gizemli bir şekilde bağlantılı) karşılaştırmayı tasarladı.

Tek fotonlar üzerinde test yapmanın neredeyse imkansız olduğu bir dönemde Clauser, Bell’in teorisini uygulamaya koydu. Bell’in ünlü düşünce deneyinden sekiz yıl sonra, 1972’de Clauser ışığın gerçekten dolanık hale gelebileceğini gösterdi.

Clauser’in bulguları çığır açıcı olmasına rağmen, keşfettiği şey için birkaç başka, daha garip yorum var.

Belki de ışık tam olarak bilim insanlarının öngördüğü gibi davranmasaydı, bulguları dolanıklık olmadan da açıklanabilirdi. Aspect, Bell’in testinde “boşluk” olarak bilinen ve bu gerekçelere atıfta bulunan şeye itiraz eden ilk kişiydi.

Aspect, Bell’in testindeki olası en önemli zayıflıklardan birini ortadan kaldırmak için parlak bir deney tasarladı. Bell’in testinin aslında dolanık fotonların gizli değişkenler aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurmasıyla kararlaştırılmadığını gösterdi. Bu da bağlantılarının esrarengiz bir şekilde yakın olduğunu kanıtlıyor.

Bilimde hipotezlerimizi test etmenin önemi abartılamaz. Buna Aspect’ten daha fazla katkıda bulunan çok az kişi vardır. Geçtiğimiz yüzyıl boyunca kuantum mekaniği birçok kez teste tabi tutulmuş ve bu testlerden galip çıkmıştır.

Bu noktada, küçük dünyanın nasıl işlediğinin ya da fotonların dolanık hale gelebilmesinin neden önemli olduğunu sorguladığınız için mazur görülebilirsiniz. Zeilinger’in vizyonu işte tam da burada hayat buluyor.

Geçmişte, klasik mekanik anlayışımızı fabrikalar ve makineler yaratmak için kullandık ve sanayi devrimini ateşledik. Dijital devrim, yarı iletken ve elektriksel davranış bilgisiyle beslendi.

Ancak kuantum mekaniğini kavrayarak ondan yararlanabilir ve yeni görevleri yerine getirebilecek araçlar yaratabiliriz. Aslında pek çok kişi kuantum teknolojisinin bir sonraki devrim için katalizör olacağını düşünüyor.

Bilgi işlemde kuantum dolanıklık, verileri daha önce düşünülemeyen yeni yollarla işlemek için kullanılabilir. Sensörler artık dolanıklıktaki en ufak değişiklikleri bile tespit ederek nesneleri daha önce hiç olmadığı kadar yüksek doğrulukla algılayabilir. Ayrıca, kuantum sistemlerinin ölçümleri dinleyicinin varlığını ortaya çıkarabileceğinden, iletişim kurmak için dolaşık ışık kullanmak güvenliği sağlayabilir.

Zeilinger’in çalışması, bir ağın kuantum versiyonunu oluşturmak için bir dizi dolaşık sistemi birbirine bağlamanın nasıl mümkün olduğunu göstererek kuantum teknolojik devriminin önünü açmıştır.

Bu kuantum mekanik uygulamaları 2022’de bilim kurgu olmayacak. İlk kuantum bilgisayarlar burada. Dolanıklık, Micius uydusu tarafından dünya çapında güvenli iletişim sunmak için kullanılıyor. Ve tıbbi görüntülemeden denizaltı tespitine kadar çeşitli uygulamalarda kuantum sensörler kullanılıyor.

Sonuç olarak, 2022 Nobel komitesi kuantum dolanıklığı üreten, kontrol eden ve test eden teorik temellerin ve bu temellerin yardımcı olduğu devrimin önemini kabul etmiştir.

Bu üçlünün ödülü kazandığını görmekten mutluluk duyuyorum. Onların çalışmaları beni 2002 yılında Cambridge Üniversitesi’nde doktora yapmaya motive etti. Dolaşmış ışık üretmek için basit bir yarı iletken cihaz yapmak projemin hedefiydi.

Bu, gerçek dünya uygulamaları için kullanılabilir cihazlar inşa etmeyi mümkün kıldı ve kuantum deneyleri yapmak için gereken ekipmanı önemli ölçüde basitleştirdi. Çalışmamızın başarılı olmasından bu yana sektörde kaydedilen ilerlemeler beni hayrete düşürüyor ve heyecanlandırıyor.

Kaynak: theconversation
Yazar Robert Young Professor of Physics and Director of the Lancaster Quantum Technology Centre, Lancaster University

Benzer Reklamlar

İlk yorum yapan olun

Yorumunuz