Kuantum ışınlama

Foton çiftleri ile maddenin atomları kodlanıp diğer merkezdeki fotonlara gönderilir. Kodlar diğer merkezde işlenip, diğer merkezdeki aynı tip atomlar birleştirilir ve aynı madde elde edilir. Bu şekilde madde taşınması veya elektronik olarak madde kopyalanması yapılabilir. Işınlama işleminin sonunda orijinal maddenin yok edilmesi gerekir. Pratik olarak bu şekilde ışınlama yapılmıştır.

Günümüz bilgisayarlarında işlemci hızı için iletkenliği yüksek malzemeler kullanılmaktadır. Gelecekte kullanılacak bilgisayarlarda bu malzemeler yerine foton çiftleri kullanılacak ve bu yolla tek işlemci ile süper bilgisayar hızına ulaşılacak. Bu bilgisayarlar ışınlama için de gerekli olacak. Şöyle ki: Bir insanın atomlarını tararken çok miktarda veri işlemek gerekir. Bu verileri bugünkü bilgisayarlarla işlemek uzun zaman alacaktır. Oysa kuantum bilgisayarlar bu büyük işlemleri kolaylıkla yapacaktır.

Kuantum ışınlama sadece ulaşım ve haberleşme alanında değil, tıbbi ve askeri alanda da yeni gelişmelere yol açacak. Tıpta "sanal tıp" dönemi başlayacak. Her organın kodları kopyalanıp saklanacak, ileride olası bir hastalık veya kaza sonucu organın zarar görmesi durumunda bu kodlar kullanılarak organ eski haline getirilerek tedavi edilecektir. Şu anda sadece kurgu ve teori olarak öne sürülen bu teknolojiler gün geçtikçe istenilen düzeye yaklaşmaktadır.

Planck’ın adını aslında ampirikti. Max Planck, Wien Yasası paydasına eksi bir eklemek ve Wien’in sabitlerini de ayarlamak suretiyle bir formül elde etti. Uzun dalga boylarında Rayleigh formülüne de indirgenebilen bu formül, bütün dalga boylarında deneysel eğri ile uygunluk gösterdi. Plancki doğru formülü bulunduğunu ve bunun türetileceğine inandı. Planck’ın durumu,cevap için çantasındaki kitaplara bakmak lüzumunu hisseden bir öğrencininki gibi idi ve yapılacak iş buluğu formülü mantıklı olarak ifade etmekten ibaretti. Planck, doğru olan bu formülü türetebilmek için düşündüğü bütün klasik fizik metotlarını denedi. Sonuç olarak Rayleigh’in hesabında bir kusur bulunmadığını ve kusurun klasik fiziğin kendisinde olduğunu gördü.

Planck, Rayleigh formülüne, ışınım kararlı dalgalarının ana modla birlikte sonsuz sayıda harmoniklerinin ihtiva ettiği kabulünden ileri gelen mor ötesi felaket denilen durumun oluştuğunu ve bunun giderilmesi gerektiğini ifade etti. Her mod ortalama olarak kT enerjisine sahipti. Planck, mod başına ortalama enerjisinin kT olduğu hususunu daha geniş olarak inceledi.

Aranılan ortalama, her enerji seviyesindeki ossilatör sayısı ile o seviyedeki enerji değerlerinin çarpımlarının toplamını, bütün seviyelerdeki ossilatörlerin sayısına bölmek suretiyle bulunabilir.

bulunur. Şimdi denklem (7) yı birim hücre boşluğundaki mod sayısı ile çarparak dλ lık dalga boyu için aşağıdaki enerji yoğunluğu elde edilir.

Planck,1900 yılında kuantum kavramını ileri sürdü ve bu kavramla ışınımın sürekli olarak yayılmadığı, kesikli ve her biri h.f ye eşit paketler halinde yayıldığı sonucuna varıldı. Bu ışınımın atomik teorisinin başlangıcı idi ve gelişerek kuantum teorisi haline geldi. Çeşitli frekanslardaki ışınımın kuantumlarının farklı büyüklüklerde olup atomik ve kesik oldukları aşikardır. Planck ilk olarak hipotezini yalnız össilatörler için ve onların yakın komşuluğunda yayınlanan ışınımlar için uygulanabilir olduğunu ve olsa olsa ışımaya ait Maxwell teorisi teorisinin hafif bir değişimi gibi düşündü. Bununla beraber ileride görüleceği üzere Planck, elektromagnetik dalgaların madde ile tesirleşmesine ait görüşleri değiştiren bir seri olayı başlatmış oldu.

Kuantum bilgisayarlar, fizikçilerin olduğu kadar askerlerin de, gizli haber alma servislerinin de rüyası. Nedeni, atom altı dünyada geçerli olan kuantum mekaniğinin garip kurallarının, en hızlı süper bilgisayarların bile yaklaşamayacağı hızda hesaplama gücüne olanak tanıması. Bunu sağlayan da, kuantum mekaniğinin özelliklerinden biri olan, kuantum durumlarının üst üste binmesi ya da bir parçacığın aynı anda birkaç yerde birden olabilmesi olgusu. İçinde yaşadığımız ve klasik fizik kurallarının daha belirgin olduğu büyük ölçekli dünyaya koşullanmış olan mantığımız kabul etmekte zorlansa da, olgu, öteki kuantum gariplikleri gibi deneylerden yüzünün akıyla çıkmış bulunuyor. Üst üste binmeyi bilgisayar teknolojisi için böylesine çekici kılan, kuantum bit ya da kısaca kubit diye adlandırılan birimlerin, klasik bilgisayarlarda kullanılan ikili sistemdeki “1” ya da “0” anahtarları yerine hem “1”, hem de“0”¬ gibi davranmaları. Böylece klasik bilgisayarlarda işlemler sırayla teker teker yapılırken, kuantum bilgisayarlarda kuramsal olarak aynı anda yapılıyor ve aynı anda incelenen pek çok durum, tek bir doğru cevaba “çöküyor”. Kuramda işler iyi gidiyor da bunu pratikte uygulamak kolay değil. Sorun, atom altı dünyada geçerli olan etkileşimleri, farklı ve çelişen kuramların geçerli olduğu klasik dünyaya taşımakta yatıyor. Özellikle de, kubitlerin istenen bilgiyi taşıyamadan klasik dünyadaki etkilerle “uyumlu” durumlarını kaybetmelerini engellemek oldukça güç. Örneğin, bir enformasyon kuramcısı için bir kubitin madde parçacıkları üzerine mi, yoksa ışık parçacıkları üzerine mı yüklenmiş oldukları fazlaca önemli değil. Oysa bir uygulamacı için sorun son derece önemli. Çünkü, yavaş ama uzun ömürlü madde parçacıkları, hızlı ama kırılgan fotonlardan çok farklı özelliklere sahipler. Işık parçacıkları (fotonlar) üzerine kaydedilmiş kubitler iyi yol alıyorlar: Bir fiber optik kablo üzerinde kilometrelerce yol alabilirler. Sorunsa bunları kaydedebilmenin güçlüğü. Buna karﬂılık, madde parçacıkları üzerine kaydedilen bilgi, birkaç milisaniye süresince “ayakta kalabilmesine” karﬂın, ancak bir “tuzak” içinde tutulabiliyorlar ve bir yerden başka bir yere gönderilemiyorlar. şimdiyse Atlanta’daki (ABD) Georgia Teknoloji Enstitüsü’nden fizikçiler Alexei Kuzmich ve Dmitri Matsukevich, bir kubiti önce rubidyum atomlarına yüklemenin, daha sonra da bu bilgiyi bir fotona aktarıp uzun mesafelere iletmenin yolunu bulmuşlar. Araştırmacılar, işe iki ayrı rubidyum gazı bulutuyla başlıyorlar. Aynı anda iki buluta birden bir lazer ışığı göndererek, bulutların her ikisiyle birden dolanıklı ilişkisinde bulunan tek bir foton salmalarını sağlıyorlar. Hem kuantum belirsizlik ilkesi, hem de hazırlanan deney düzeneği, fotonun hangi buluttan geldiğinin bilinmesini önlüyor. Dolanıklık ilişkisi, fotonla rubidyum bulutlarının kaderini birbirine bağlıyor. Fotonun kutuplanma biçimiyle oynamak, bulutların kuantum durumlarının değişmesine yol açıyor. Dolayısıyla foton üzerinde işlem yaparak, araştırmacılar her iki buluta birden bilgi (kubit) yükleyebiliyorlar. Yalnızca birkaç yüz nanosaniye sonra (nanosaniye = saniyenin milyarda biri) araştırmacılar rubidyum bulutları üzerine ikinci bir lazer demeti göndererek, içerdikleri bilgiyi okuyabiliyorlar. Lazer, bulutların yeni bir foton yayınlamasını sağlıyor. Bu fotonun kutuplanma biçimi de, araştırmacıların buluta yazdıkları bilgiyi içeriyor. Dolayısıla lazer yardımıyla bilginin geri alınma süreci, kuantum bilginin maddeden ışınıma (ışığa) transferini sağlıyor. Gerçi süreç, kısmen rubidyum atomlarının lazer ışığını emme konusundaki yetersizliğinden kaynaklanan bir takım kayıplara uğruyorsa da, Kuzmich, yöntemin kuantum iletişim için yararlı araçların ortaya çıkmasını sağlayacağı konusunda umutlu ve daha şimdiden Matsukevich ile bu tür araçların tasarımı üzerinde çalışmaya başlamış.