Kuantum Işınlanma (Teleportasyon) Teknolojisine Doğru Bir Adım Daha!

Işınlanma (teleportasyon) önündeki sorunlardan biri daha aşıldı! Kısa bir mesafe için de olsa, kuantum bilgi güvenilir bir şekilde bir noktadan diğerine ışınlandı. Bu tür bir ışınlanma, bilim kurgu filmlerinde gösterilenden çok, çok ama çok uzak bir başarı. Ancak yine de Kuantum Dolaşıklık Teorisi'ne olan güvenimizin artmasını sağlıyor. Bu teori, modern fiziğin en tartışmalı başlıklarından birisidir. Ancak aynı teori, en az tartışmalı olduğu kadar ulaşmayı arzuladığımız kuantum hesaplama teknolojisine de yaklaşmamızı sağlıyor.

Bazı atom altı parçacıklar çiftler halinde bulunurlar. Örneğin 2 elektron birbirine zıt dönüşlere (spinlere) sahip olabilir. Bu ilk etapta ilginç gözükmez; ancak eğer ki bu parçacıklardan bir tanesinin dönüşünü etkileyecek bir müdahalede bulunulursa, çok meşhur bir paradoks ortaya çıkar: Dolaşıklık Teorisi'ne göre bu etkiye, diğer elektron da anında tepki gösterir ve spin yönünü değiştirir. Böylece yine birbirlerine zıt olarak dönerler. Yani ikinci elektron üzerine hiçbir kuvvet etki etmemiş olmasına rağmen, bu elektronun eşine yapılacak müdahale, elektronun kendisini de bir şekilde etkilemektedir. İşte buna "dolaşıklık" denir ve bunu açıklayan teoriye "Kuantum Dolaşıklık Teorisi" adı verilir.

Bu sihir değildir. İki elektron arasında bilgi alışverişi olur. Ancak elektronlar arasındaki mesafe, bu bilgi aktarımının sonsuz hızda olmasını gerektirmektedir. Sonsuz hız, ışık hızından daha hızlı anlamına gelir ki bu, modern fizik dahilinde mümkün değildir. Einstein'ın esprili bir şekilde bahsettiği gibi, "belli bir mesafeden korkutucu bir etkileşim" bulunması gerekir. Einstein, bu sebeple Kuantum Mekaniği anlayışımızda bir hata olması gerektiğini söyledi. Ancak Kuantum Teorisi'nin üst üste gelen muhteşem başarıları, bilim insanlarının Einstein'ın söylediğinin aksine teoriye olan güvenlerini arttırdı ve dolaşıklık kavramının gerçekten var olduğunu düşünmelerine neden oldu. Ancak dolaşıklık gerçekse bile, bugüne kadar bu gerçek kullanılarak bir bilgi aktarımı gerçekleştirilememişti.

1964 yılında fizikçi John Stewart Bell, dolaşıklığın gerçek olup olmadığını anlamak için kullanabileceğimiz bir test geliştirdi. O zamanlarda bu test pratik olarak uygulanamıyordu; ancak Hollanda'da bulunan Delft Teknoloji Enstitüsü'nden bilim insanlarının 30 Mayıs 2014'te Science dergisinde yayımladıkları makalede, bu deneyi gerçekleştirmeye sonunda yaklaşıldı.

Delft ekibi elektronları düşük sıcaklıktaki elmaslar içerisine hapsettiler. Ekibin başında bulunan Ronald Helson bunu "mini hapishaneler" olarak tanımlıyor. Bu, ekibin her bir elektronun dönüş yönünü (spin) çok hassas ve güvenilir olarak ölçebilmelerini sağladı. Bu spini değiştirecek her müdahale, o elektronun mini hapishanesinin hemen yanında yer alan hapishane içerisindeki eş elektronunu da etkileyecekti. Deney, gerçekten de böyle bir etkileşimin olduğunu ortaya koydu ve %100 başarı elde etti.

Elmas odacıkları arasındaki çok kısa mesafe, bilgi transferinin gerçekten anlık olarak gerçekleşip gerçekleşmediğini anlamayı güçleştiriyor. Çünkü bu iletişim ışık hızında da gerçekleşiyor olabilir ve bu, "sonsuz hız" demek değildir. İşte tam olarak bu sebeple deneyin bir sonraki aşaması, hapsedilmiş elektronları birbirinden şehirler boyu mesafede, hatta Dünya'nın öteki bir ucuna kadar götürmeyi hedefliyordu. Aslında birbirinden 100 kilometre ayrık olan iki ada arasında dolaşıklık üzerine bir test uygulanmıştı ve başarıyla sonuçlanmıştı. Ancak sonuçlar, doğrudan gözlenmek yerine istatistiki olarak raporlanmıştı. Dolayısıyla %100'lük bir başarı elde edilememişti. Bu sebeple, daha uzak mesafelerde dolaşıklığın test edilmesi ve bir elektrona yapılan müdahalenin diğerine etki edip etmediğinin anlaşılması gerekiyor.

20. Yüzyıl fiziğinin en hararetli tartışmalarından birine yeni bir bakış açısı kazandırıyor olması bir yana, bu deney sayesinde güvenilir kuantum ışınlama mümkün olabilecek. Bu sayede güvenli ve "sonsuz" hızlı iletişim ağları kurulabilecek. Tabii ki bu deneyin sonuçları ne bir son, ne de bir başlangıç. Dünya'nın dört bir yanındaki bilim insanları ve araştırma ekipleri bu konu üzerinde çalışmayı sürdürüyor ve birçok sonuç alınıyor. Ancak bu araştırmaların sadece küçük bir kısmı gerçekten elle tutulur bir başarı elde edebiliyor. Geçtiğimiz sene yine Ronald Hanson'ın ekibi elmas hapsi yöntemini kullanarak kuantum ışınlamayı başardıklarını ilan etmişlerdi; ancak bu seferki deneyin aksine, o deneyin sonuçları %100 başarılı değildi.