Ölçülmeden önce atomların ve atom altı parçacıkların belirgin, sabit özellik-leri yoktur; birbiriyle çelişkili de olabilen birçok özelliğin üst üste geldiği bir du-rum sergilerler. Bu görüşe en iyi örnek, bir düşünce deneyi olan ‘Schrödinger’in Kedisi’ paradoksudur. Deneyde bir kedi, içinde zehirli gaz bulunan bir şişeyle bir-likte bir kutunun içine kilitlenmiştir. Kuantum parçacığının hangi durumda olduğu şişenin ve kedinin kaderini belir-ler; çünkü durumlardan birinde zehirli şişe kırılır, ötekindeyse sağlam kalır. Ku-tu kapalıyken, parçacık her iki durumun da eşzamanlı olarak üst üste geldiği ve bir arada bulunduğu haldedir; yani cam şişe hem kırılmış hem de kırılmamıştır. Bir başka deyişle kedi hem ölüdür hem de diri. Kutu açılırsa, bu üst üste gelme durumu, bir araya geldiği durumlardan birine çöker ve kedi artık klasik dille ya ölü ya da diri olur.
Santa Barbara’daki California Üni-versitesi’nden Nadav Katz ve çalışma arkadaşları, yaptıkları bir deneyle par-çacığı çökmenin kıyısından çekip çök-memiş hale, yani gözlençök-memiş duru-muna getirmeyi başardı. Aslında teknik olarak kediyi kutunun kıyısından gizli-ce gözetlediler, böylegizli-ce kediyi ölümden döndürdüler.
İsviçre’deki Cenevre Üniversite-si’nden, kuantum fizikçisi Markus Büt-tiker, Kopenhag yorumu ekolünde ye-tişmiş bir fizikçi için, herhangi bir çök-meme durumunun çok şaşırtıcı oldu-ğunu söylüyor: “Kutuyu açtığınızda, ke-di ya ölüdür ya da ke-diri, arasında bir du-rum yoktur”. Ancak kuantum mekani-ğinin yeni yorumlarından biri olan “bağlaşıksızlık (decoherence) kura-mı”na göre çökme birdenbire olmaz. Kuantum sistemi çevresiyle etkileşir ve çökme aşamalı olarak gerçekleşir.
2006’da Riverside’daki California Üni-versitesi’nden Alexander Korokotov ve New York’taki Rochester Üniversite-si’nden Andrew Jordan bu durumun, deneycilerin çökmeyi engellemeye mü-dahale edebilmesi için zaman kazandı-rabileceğini önermişti. Bu da Katz, Ko-rotkov ve çalışma arkadaşlarının bu dü-şünceyi sınamak için yaptıkları deneye bir tasarı niteliğindeydi.
Yaşayan Ölü
Schrödinger’in kedisinin yerine, Katz ve arkadaşları bir “faz qubiti” (qu-bit –kuantum (qu-bit) yaptı. Qu(qu-bit, genel-likle kuantum bilgisayarı deneylerinde kullanılır ve yalıtıcı bir kavşak tarafın-dan kırılmış bir süperiletken devre içe-rir. Qubit, bu devredeki ilmek çevre-sinde akan ortalama akımdaki dalga-lanmalardan oluşur ve ‘faz’ıyla
nitelen-BiLiMveTEKNiK34 Ağustos 2008
Kuantum mekaniğinin 1927’de ortaya atılan Kopenhag yorumuna göre bir kuantum nesnesini
gözlemlemek, onun durumunu bozar ve onu kuantum kurallarının dünyasından klasik fizik
gerçeklerinin dünyasına taşır. Yeni ortaya atılan ve kuantum dünyasından klasik fizik dünyasına
(ya da tersine klasik fizikten kuantuma) bu geçişi durdurmanın olanaklı olduğunu gösteren bir
deney, bu iki dünya arasındaki farklılığı daha da bulanıklaştırıyor. Bu deneyden çıkacak başarılı
bir sonuç, ilginç özellikleri olan kuantum bilgisayarlara da kapı açabilir.
Reenkarnasyon
Schrödinger’in Kedisini
Kurtarabilir
BiLiMveTEKNiK Ağustos 2008 35
dirilir; bu faz, akımın kavşağı geçerken attığı adımın derecesidir.
Qubit alçak ve yüksek olmak üze-re iki farklı enerjide olabilir. Katz ve ekibi her iki enerjiyi de aynı anda ve üst üste taşıyan bir qubit hazırladı. Bu da deneysel olarak Scrödinger’in kedi-sinin aynı anda hem ölü hem diri ol-masıyla eşdeğerdi. Qubitin enerjisini doğrudan ölçmeye yönelik herhangi bir girişim, kuantum durumunun bu iki enerji durumundan birisine geri dö-nülmez biçimde çökmesine neden olur. Tıpkı Schrödinger’in kutusunun açıl-ması gibi. Katz, bu tam çökmeden kur-tulmanın hilesinin, qubitin enerjisini dolaylı yollardan ve fark ettirmeden el-de etmek olduğunu söylüyor. Ekip ar-dından “tünelleme” adı verilen kuan-tum mekaniksel olguya yönelmiş. Tü-nelleme, kuantum parçacıklarının ken-di enerjilerini aşan bir engelle karşı-laştığında, enerjisi atlayıp geçmeye yet-mese dahi, tümüyle yansımayıp bir bö-lümünün engelin içinden geçmesi du-rumudur. Ekip bu engelin yüksekliği-ni kontrol eden devredeki akımı değiş-tirerek qubitin faz değiştirmesini daha zor hale getirmiş. Engel, düşük enerji-li qubitlerin yeni bir faza geçmesine olanak vermeyecek kadar güçlüydü; ancak yüksek enerjili qubitlerin engel-de bir geçiş bulmalarına yetebilecek bi-çimde ayarlanmıştı. Böylece, bir man-yetik enerji patlamasının yardımıyla, qubitin geçiş yapıp yapmadığına baka-rak, qubitin enerjisine ilişkin de bir fi-kir sahibi olunmuş.
“En az heyecan verici sonuç, qubi-tin geçişi başarması” diyor Katz; çünkü bu, qubitin kesin olarak yüksek enerji-li duruma çöktüğü ve tünellendiği an-lamına geliyor. Katz’a göre bu, oyunun sonu demek. Yani kutuyu açıp kedinin ölü mü yoksa diri mi olduğuna bak-makla eşdeğer.
Zamanda Yolculuk
Qubit tünellenmediğinde işler ilginç hale geliyor. Bu, qubitin düşük enerjili durumda olma olasılığını yükseltiyor. “Ancak kesin olarak bilmenize olanak olmadığından, bu ölçüm sistemin bir duruma çökmesi anlamına gelmiyor” diyor Katz ve ekliyor “ Kediyi kısa bir süreliğine gözetledik ve kapağı hemen kapattık”. Bu “zayıf” ölçüm çok az da olsa sistemi rahatsız ediyor. Katz, de-neyin burada sonlanması durumunda,
bu rahatsızlığın qubiti tam olarak dü-şük enerjili duruma çökmeye sürükle-meye yeteceğini vurguluyor. Ekip bu sonucu, benzer biçimde hazırlanmış binlerce qubitle ölçümü yineleyerek ve ardından bu noktada deneyi keserek doğrulamış. Bu aşamada qubitin duru-munu ölçmenin, çoğu durumda daha düşük enerjili durumlara çökmeyle so-nuçlandığını göstermiş. Bu da Schrö-dinger’in kutusunun kapağının yeniden açılarak, kedinin çok büyük olasılıkla ölü bulunacağı duruma denk geliyor. Çökmeyi engellemek için ekip tam çö-küşe giden süreci tamamlamadan önce qubiti yakalamak zorundaydı; “yaptığı-mız şey hasarı düzeltmekti” diyor Katz. Qubitin enerji düzeylerini değiştirmek için standart bir teknik uygulamışlar. Bu teknikte, özel olarak hazırlanmış bir mikrodalga atımı (pulse) devreye so-kulmuş. Bu da qubitin yüksek enerjili durumdan düşüğe ya da düşük enerjili durumdan yüksek olana dönmesini sağ-lamış. Bu değişim sayesinde, zayıf öl-çümler yinelendiğinde, ilk ölöl-çümlerin- ölçümlerin-deki etkiyi tümüyle yok edecek bir bo-zulmaya neden olmuşlar. Kediyi ilk gö-zetlediklerinde ölüme sürüklerken ikin-ci kez gözetlediklerinde canlı halde bul-muşlar; bu da başladıkları noktaya ge-ri dönülmesi anlamına geliyor.
Ekip, deneyleri birçok kez yinele-yerek durumun çökmeden özgün hali-ne geri döndüğünü istatistiksel olarak da doğrulamış. Deneyin sonunda duru-mu ölçerek, beklendiği gibi yüksek (ya da düşük) enerjili durumlarından biri-sinde olduğunu bulmuşlar.
“Veriler çok net” diyor Büttiker ve ekliyor “Bu devrimsel bir deney”. Le-eds Üniverstesi’nden kuantum fizikçisi Vlatko Vedral de bu sonucun klasik gerçeklik anlayışımızın ne kadar naif olabileceği konusunda bir uyarı oldu-ğunu belirtiyor ve bu ölçümlerin, ger-çekliği ortaya çıkardığını varsayamaya-cağımızı söylüyor; çünkü ölçümün et-kilerini silip yeni baştan ölçmek müm-kün. Avustralya’daki Melbourne Üni-versitesi’nden kuantum kuramcısı Ma-ximilian Schlosshauer de “Kuantum dünyası daha somutlaşırken gerçekli-ğin doğası daha da gizemli hale geli-yor.” diyor.
Zeeya Merali, “Reincarnation can save Schrödinger’s cat”, Nature, Temmuz 2008, Vol. 454
Ç e v i r i : İ l h a m i B u ğ d a y c ı
Kuantum
Bilgisayarları İçin
Bir Düzeltme
Kuantum bilgisayarların, klasik bilgisayar-lardan daha yüksek performansla çalışacağı ileri sürülür. Ancak daha yapım aşamasında-lar. Nadav Katz ve çalışma arkadaşlarının de-neylerinde ortaya çıkardığı kuantum durum-larının “çökmeme” yetenekleri, bu bilgisayar-ların yapımına ilişkin girişimler için bir itici güç niteliğinde.
Geleneksel bilgisayarlar bilgiyi yalnızca 1 ya da 0 değerleri alabilen “bit”lerle işler. Kuantum bilgisayarlarsa, her iki durumun eş-zamanlı olarak üst üste bulunduğu durumlar-da durumlar-da olabilen “qubit”leri kullanır. Bu,
kuan-tum bilgisayarların çoklu hesapları aynı anda yapabileceği anlamına geliyor. Ancak şimdiye değin laboratuvarda bu hesapları yapabilecek çok az sayıda qubit bir araya getirilebildi.
Büyük ölçekli kuantum bilgisayarları yap-ma çabalarının önündeki en büyük engel qu-bitlerin çok kırılgan olması. Çevredeki en kü-çük bir etki qubitler için çekiç darbesi gibi olu-yor; bu da qubitin kuantum durumunun çök-mesine ve depolanmış bilginin kaybına neden oluyor. Çöken qubitlerin kurtarılabileceğini ve çökmemiş özgün hallerine dönebileceğini gös-teren bu deney, günün birinde bilgi kaybına neden olan bu hataları onarmada kullanılabi-lir. Kanada’nın Ontario kentindeki Premier Kuramsal Fizik Enstitüsü’nden, kuantum ku-ramcısı Robin Blume-Kohout da bu konuda ay-nı düşüncede: “Bu, kuantum bilgisayarların-da bilginin kurtarılması için kullanılabilecek çok yararlı bir hata düzeltme tekniği olabilir”.
Nadav Katz
