Kuantum Fiziği Hangi Bilimkurgu Fikirlerini Gerçek Kılabilir?

Kuantum mekaniği (veya kuantum fiziği), modern bilimin en sıra dışı sahalarından birisidir. Basitçe, atom altı parçacıkların ve onların davranışlarının fiziği olarak da bilinen saha, giderek artan sayıda ticari uygulamaya da ilham kaynağı olmaktadır. Bu durum, halkın kuantum fiziğine olan ilgisini de arttırmaktadır.

Ne yazık ki, saha fazlasıyla teknik bilgi gerektirdiği için, bu merak ile akademik arka plan gereksinimi bir noktada çakışarak, "kuantum şifa" gibi saçmalıktan ibaret olan, tuhaf ve tamamen geçersiz alanların yaratılmasına ve pazarlanmasına neden olmaktadır.

Lakin teorik bir düzeyde kuantum fiziğini öğrenecek olursanız, aslında halkın anlayabileceği (veya en azından hayallerini süsleyen) birçok konunun kuantum mekaniği sınırlarında mümkün olabileceği görülecektir. Bunlardan 5 tanesini sıralayalım:

1) Teleportasyon (Işınlanma)

Uzay Yolu'nun vazgeçilmez repliği "Işınla bizi Scotty!" , modern kuantum fiziği bilgilerimiz dahilinde teorik olarak mümkündür. Modern kuantum teknolojisi, A noktasında bulunan bir sistemi, B noktasında bulunan bir sistem içerisine, iki sistem arası mesafeden bağımsız olarak, birebir aynısı olacak biçimde ışınlamayı mümkün kılmaktadır.

Ne var ki bunu isabetli bir şekilde yapabilmemiz için daha çok ama çok uzun bir yolumuz vardır. Örneğin şu anda sadece atomaltı parçacık düzeyinde bunu başarabilmekteyiz. Fakat bu sürecin işlevsel olabilmesi için, bir yığın maddenin olduğu gibi ve bozulmaksızın ışınlanabilmesi gerekmektedir.

Dahası, bu maddenin dilediğimiz formunu koruyabilmesini sağlayacak biçimde, bilindik iletişim kanallarını kullanarak, ışık hızında veya ışık hızından düşük hızda ışınlayabilmeyi öğrenmemiz gerekmektedir. Fakat bu durum, orijinal sistemin bozulması anlamına gelebilecektir. Bu durumda ışınladığınız madde, orijinal formunda kalmayacaktır.

Bu, ilginç bir paradoks yaratmaktadır: Işınlanma teorik olarak mümkün olsa da, pratik olarak imkansız veya uygulanamaz olabilir!

Physics World

2) Gizli Dinlemenin ve Teknik Takibin Tespiti

Güvenli kuantum şifreleme yöntemlerinin kalbinde, bu teknoloji yatmaktadır. Atom altı parçacıkların dolanıklık ilkesi çerçevesindeki özelliklerini kullanarak, bir alıcı ile verici arasındaki iletişim paketlerinin üçüncü bir parti tarafından dinlenip dinlenmediğini kuantum fiziği sayesinde tespit etmemiz mümkündür.

Üstelik bu teknoloji, üçüncü partinin alıcı ile vericiden ne kadar uzak olduğundan bağımsızdır. Bir diğer deyişle, kapı komşunuzun sizi dinleyip dinlemediğini de öğrenebilirsiniz; ölesiye korktuğunuz ABD Hükümeti"nin sizi dinleyip dinlemediğini de...

Bunu mümkün kılmanın tek yolu, alıcı ile vericinin ellerindeki mesajları kuantum ölçeğinde kıyaslamasıdır. Fakat burada da bir sıkıntı vardır: Bu yöntem sayesinde bir mesajın teknik takibe yakalanıp yakalanmadığını bilebilirsiniz; ancak onu dinleyen kişinin konumunu veya kim olduğunu asla bilemezsiniz.

Extreme Tech

3) Ürkütücü Hesaplamalar

Modern bilgisayar teknolojileri, donanım ve işlemci saati enumerasyonu özelliklerine bağlı olarak belli miktardaki bir zamanda, belli miktarda hesaplamayı gerçekleştirebilmektedir. Ancak kuantum mekaniğini kullanarak, bu kapasiteyi inanılmaz miktarda arttırmak mümkündür. Bunun arkasında yatan unsur, kuantum durumlarının (İng: "states") aynı anda birden fazla değer alabiliyor olmasıdır. Süperpozisyon ilkesi çerçevesinde bu durumlar, birbirleriyle etkileşerek sonucu belirleyebilmektedirler. Bu sayede, "kuantum bilgisayar" adını verdiğimiz teknolojiler ile birlikte, bildiğimiz 1 ve 0'ları kullanarak çok daha hızlı ve akıl almaz karmaşıklıktaki hesaplamaları, donanımı güçlendirmeye gerek kalmaksızın yapabiliriz.

Ancak burada da, her zaman olduğu gibi bir sıkıntı vardır: Sadece belli başlı bazı işlemler kuantum işlemciler sayesinde hızlı bir şekilde yapılabilir. Henüz halen kuantum bilgisayarlarımız, modern (ve geleneksel) bilgisayarlardan yavaştır; ancak gelecekte bunun değişeceği çok açıktır. Şu anda hangi sınıf problemlerin kuantum bilgisayarlar sayesinde daha hızlı çözülebileceği de kesin değildir; ancak biyolojik sistemlerdeki proteinlerin katlanması probleminin bunlardan biri olduğu doğrulanmıştır. Kuantum bilgisayarların yarattığı fiziksel paradoks ise, tek bir kuantum bilgisayar kullanarak 1 nanosaniyede yapabileceğimiz işlem sayısının, Evren'deki bütün atomların sayısından daha fazla olabilecek olmasıdır!

4) Etkileşimsiz Ölçümler

Bu konuyu izah etmesi birazcık zor; ancak kısaca deneyelim: Kuantum fiziğini kullanarak, kuantum ölçeğindeki bir özelliğini, onu hiç ölçmeksizin ölçebiliriz! Kafa karıştırıcı, değil mi? Gerçekten de, kuantum evrenindeki tuhaflıklar arasında en tuhaf olanı budur.

Normalde, ölçmek istediğimiz cismi, ölçümü yapacak sensörlerimizin çok yakınına getirmemiz gerekmektedir. Ancak kuantum mekaniği sayesinde bu mesafeye bağımlı olmaksızın ölçümler yapmamız mümkün olabilecektir. Bunu yapabilecek olursak, kuantum mekaniği sayesinde, ölçümden etkilenmeyen ölçümler yapabiliriz.

Bu ne işe yarar diye sorabilirsiniz... Normalde her ölçüm, ölçülen şeyin özelliklerini etkilemektedir. Örneğin bir kantar üzerine bir cismi bıraktığınızda, kantar ile cisim arasındaki etkileşim dolayısıyla, kantarda okuduğunuz değer (en azından kuantum düzeyde) doğru olmayacaktır. Bu, makro ölçekteki büyük cisimler için pek önemli bir sorun olmasa da, atom altı parçacıkları ilgilendiren kuantum ölçeğinde büyük bir sorundur. Ancak kuantum mekaniği, bu sorunun da üstesinden gelebilir.

Fakat bu da tuhaf bir paradoks yaratmaktadır: Bu ölçümler sayesinde, uzay-zaman dokusuna dair algılarımızı hiçe sayan, mesafeden bağımsız ölçümler yapmamız da mümkün olacaktır. 

Medium

5) Parçacıkların Ömrünün Uzatılması

Kuantum dünyasında parçacıklar birbiriyle etkileşirler. Ancak bu etkileşimler, oldukça tuhaftır ve bildiğimiz cisimler arası etkileşimden epey bir farklıdır. Eğer ki bu etkileşimlere hükmedebilirsek, bir parçacığın bozunma hızını yavaşlatmamız mümkün olabilir. Burada sözünü ettiğimiz Özel Görelilik Teorisi değildir, dikkat edin! Burada sözünü ettiğimiz parçacıklar durağan haldedir; ancak buna rağmen bu parçacıkların "zaman algısını" değiştirmek mümkün olabilir. Tabii buna bağlı olarak, Özel Görelilik Teorisi dahilinde bildiğimiz "zaman genişlemesi" olgusundan farklı olarak, kuantum fiziği sınırları dahilindeki zaman algısı değişimi yalnızca durumsal süperpozisyon yoluyla evrimleşebilen parçacıklarla kısıtlı olacaktır. Yani kuantum fiziğindeki zaman algısı değişimi, tüm maddesel cisimler için genellenebilir değildir. Bu durumun yarattığı tuhaflık ise, istediğimiz dinamik sistemleri seçip, onlarla etkileşime geçmek suretiyle onların zaman algısını yavaşlatmanın mümkün olabilecek olmasıdır.

Unutmamak gerekiyor ki kuantum dünyası tuhaflıklarla doludur ve bu dünyada olanları anlamak çoğu zaman hiç de kolay değildir. Zaten kuantum dünyasında "paradoks" da bu anlama gelmektedir: sağduyumuza aykırı olan her türlü gözlem... Dolayısıyla kuantum dünyasındaki sağduyusal paradokslar ile, alışageldiğimiz dünyadaki mantıksal paradokslar birbirine karıştırılmamalıdır. 

Kuantumun bizlere neler getireceğinin sınırları pek belli değildir. Sınırsız bir dünya gibi gözükmektedir. Ancak onu anlamak için kat etmemiz gereken daha çok ama çok yol var...