English

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_entanglement

[2] http://www.mpmueller.net/seminar/talk14.pdf

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Qubit

Evrenin Temel Yasaları 5 – Kuantum Dolanıklık ve Işınlanma — AB Proje bu video

Kuantum mekaniğinin en ilginç ve işlevsel fenomenlerinden birisi olarak ‘kuantum dolanıklık’[1] alanda çalışmayan pek çok kişinin aklını karıştıran özelliklere sahiptir. Bunlardan en yaygın olarak yanlış anlaşılanı ise kuantum dolanıklığın sonsuz hızda (ışık hızının çok üstünde) hızlarda çalıştığı algısı. Bu yazıda bu algının formel ve kuramsal arka planından ziyade ışık hızını aşan ‘etki’lerin neden pratikte kullanılamayacağını açıklayacağız.

Kuantum dolanıklık en yaygın bilinen ve kullanılan haliyle iki parçacık arasında vuku bulur. Basitçe, eğer iki ayrı parçacığın kuantum hallerini ‘toplam’ cinsinden yazdığınızda size dalga fonksiyonunun tamamını vermiyorsa arada hesaba katmanız gereken bir ‘dolanıklık’ hali var demektir. Örnek olarak, bir kristal yapıda sebep olduğunuz atomik yörünge uyarılmalarının durgun hale dönüşleri esnasında saçacakları iki adet fotonu ele alalım. Bunların momentum-dalga fonksiyonlarını bir diğerini hesaba katmadan yazmanız durumunda elinizdeki fonksiyon eksik kalacaktır. Eğer elinizdeki fotonları dolanıklık gerektirmeyen işlemlerde kullanacaksanız bu size pek bir şey kaybettirmez, aslında dolanıklığı hesaba katmadan fizik yapmanın ‘eksik’ olması dışında size ciddi bir maliyeti olmayacaktır. Ancak dolanıklık kuantum hesaplama, iletişim, ışınlama ve kriptografi gibi pek çok konuda pratik olarak oldukça işlevsel bir ‘kaynak’tır[2].

Elbette ki her kaynak gibi kuantum dolanıklığın da sınırları vardır, bunlardan birisi de ışıktan hızlı mesaj-bilgi iletimine izin vermemesidir. Fizikçiler bunu ‘no signalling faster than light’ ya da ‘no-communication theorem’[3] şeklinde dile getirir ve olmayacağını kabullenip hayatlarına böyle devam ederler. Fakat kuantum bilgi teorisi çalışmayan bireyler için bu meseleyi bir teoreme dayandırıp hayatına devam etmek pek de doyurucu değildir. O nedenle kısaca ışıktan hızlı mesaj iletmenin neden kuantum dolanıklık ile mümkün olamayacağını anlatalım.

Diyelim ki yukarıda anlatılan veya başka bir yöntem ile iki adet dolanık parçacıktan oluşan bir sistem elde etmeyi başardınız (bu yapıların en yaygınları qubit’lerdir[4]). Bu parçacıklardan birisini uzakta iletişim kurmak istediğiniz bir iş arkadaşınıza gönderdiniz. Sizi A arkadaşınızı ise B olarak adlandıralım. Şimdi iki senaryo ele alalım. Öncelikle, arkadaşınızla önceden hiç haberleşmediğinizi ve ona yalnızca bir parçacık gönderdiğinizi düşünelim. Ardından kendi parçacığınız üzerinde dolanıklığın mevcut olduğu (misal fotonlar için spin momentum) bir ölçüm gerçekleştirdiğinizi hesaba katalım. Bu durumda siz, ölçüm sonucunuza bakarak arkadaşınız eğer aynı ölçümü sizinle aynı biçimde yaparsa ne sonuç alacağını biliyor olacaksınız. Yani sizden uzakta olan bir parçacığın ne halde ‘olduğunu’ kendi elinizdeki parçacık üzerinden anlayabileceksiniz. Evet, ışık hızını aştınız ve sizden uzakta bir parçacık hakkında ‘anında’ bilgi sahibi oldunuz. Ancak bu bilgi sizin elinizde oldukça değersizdir çünkü yolladığınız parçacığın başına ne geleceğini, arkadaşınızın o parçacık üzerinde hangi ölçümü yapacağını bilmemektesiniz.

Şimdi ikinci senaryoyu, yani sizin arkadaşınızla önceden haberleştiğinizi ve ikinizin de parçacığın aynı özelliğini, aynı deney ekipmanlarını kullanarak ölçeceğinizi düşünelim. Öncesinde ise elinizde bir  Y = N(|10> – |01>) fonksiyonu olduğunu varsayalım (N normalizasyon katsayısıdır, buradaki tartışma için önemsiz). Bu durumda siz 1 elde ederseniz arkadaşınızın 0, siz 0 elde ederseniz arkadaşınızın 1 elde ettiğini kesinlikle biliyor olacaksınız. Evet, yine ışıktan hızlı bilgi sahibi oldunuz. Ancak yine ciddi bir sıkıntı ile karşı karşıyasınız, çünkü sizin 1 arkadaşınızın mı 0 yoksa sizin 0 arkadaşınızın mı 1 elde edeceği yine kuantum mekaniğinin kurallarına bağlı olarak belirsizdir. Bu nedenle arkadaşınızın elde edeceği ve sizin hali hazırda o esnada biliyor olacağınız sonucunuz hiçbir işe yaramayacaktır, ta ki siz telefonu açıp (e-mail yazıp, whatsapp’tan yazıp vs.) karşı tarafa klasik yöntemlerle kendi sonuçlarınızı, karşınızdaki henüz ölçüm almadan göndermedikçe. Bu klasik bilgi aktarımı, kuantum dolanık sistemlerle birleştiğinizde neredeyse hacklenemez şifreleme yöntemlerinden kuantum bilgisayara kadar çok geniş teknolojik uygulamaları olanaklı kılar. Fakat fizikçilerin kısa bir teoremle geçiştirdiği üzere, ışıktan hızlı iletişimi olanaklı kılmaz.

 

Zeki Seskir

METU, Physics PhD and STPS MSc. candidate. Part-time blogger on düzensiz

Across the Universe AB projesinin en zor bölümü evrenimizle ilgili. Kuantum dolanıklık ışınlanmayı sağlayacak bir teknoloji olduğundan projenin evrenbilimdeki gelişmelerin etkileri konusunda oldukça büyük öneme sahip.
Projede takımlara verdiğimiz görev çok zorlu

Evrenbilimdeki son gelişmeler; Felsefeyi, bilimi, sosyolojiyi, dinleri ve günlük hayatı nasıl etkileyecek?

Kanala abone olmak için tıklayın; ➤ http://bit.ly/2jRGPGG

Across the Universe AB Projesi ➤ http://bit.ly/2lDQ7uc

Sosyal Medya ➤ Facebook Page http://bit.ly/2kfbZJ4

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu girin
Lütfen isminizi buraya girin