ız hale getirmektedir. Kısacası günümüz teknolojisinde fiber optik ağ üzerindeki bir fotonun yeni bir kopyası çıkarılamaz. İşte kuantum kripto tekniği fotonun bu özelliğinden faydalanarak güvenli bir anahtar iletimi sağlar. Birazdan bu anahtar iletim protokolünün detaylarını anlayabilmek için kuantum mekaniği, foton telepatisi gibi belli kavramlara bir miktar aşina olmak gerekmektedir.

Kuantum mekaniği, teorik fiziğin temel dallarından olup, atom ve atom altı seviyelerde klasik mekanik ve klasik elektromanyetizmanın yerini almıştır. Genel görelik kuramı ile birlikte modern fiziğin yapı taşlarındandır. Quantum (Latince: "ne kadar") terimi, teorinin belirli fiziksel nicelikler için kullandığı kesikli birimlere gönderme yapar. Kuantum mekaniğinin temelleri 20. yüzyılın ilk yarısında Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli gibi bilim insanlarınca atılmıştır. Bugün de halen teorinin bazı temel yönleri üzerinde çalışılmaktadır.Belirsizlik ilkesi, anti madde, Planck sabiti, kara madde, dalga teorisi, kuantum alanları, olasılık teorisi, kaos teorisi gibi kavram ve teoriler bu alanda geliştirilmiş ve klasik fiziğin olduğu kadar klasik düşünce kategorilerinin de sarsılmasına, değiştirilmesine etki etmiştir. Kısaca Kuantum mekaniği, Einstein'ın madde ile enerjinin birbirine dönüşebilen bir gerçeklik olduğunu bulmasıyla beraber, elektronların hareketlerinin bildiğimiz fizik kurallarının hiçbirine benzemediğini keşfeden bilim insanlarının çalışmalarına verilen addır. Böylece Newton Fiziği'nin, maddelerin bilardo topu gibi katı, sert, ölçülebilir ve birbirinden bağımsız nesneler olduğu varsayımı yıkılmış oluyordu. Aslında madde dediğimiz şey, bir tür olasılıklar demetiydi. Böylece maddenin düşünceye, düşüncenin de maddeye dönüştüğü bir başka gerçeklik çıkıyordu ortaya. Kuantum dünyasında bir şey, ancak başka bir şeyle birlikte değerlendirildiğinde bir tanımlama yapılıyordu. Kuantum gerçeklik alanında, sonsuz olasılıklarla dolu bir belirsizlik söz konusuydu. Kuantum alanında "şey"ler birbirini sürekli etkiliyor.

Belki de beklentilerimizin körüklediği sabırsızlık nedeniyle ağır gibi görünen ilerleme, çok farklı iki dünyanın araçlarını birleştirmek gibi güç bir işi başarmak zorunda. Telekom şirketlerinin, fizikçilerin ve gizli hükümet kuruluşlarının rüyasını süsleyen bu araçlardan beklenen, atomaltı dünyanın özelliklerini, yaşadığımız makroskobik dünyaya taşımaları. Oysa bu iki dünyanın işleyişi, dinamikleri çok farklıdır.

Kuantum şifreleme ile ilgisinin ne düzeyde olduğunun altını çizmek için kuantum bilgisayarlara değinmek yerinde olacaktır.
Yirmi birinci yüzyılın rüyası, kuantum bilgisayarlar. Evrenimizi kavrayabilmek, doğa kuvvetlerinin işleyişini ve ilişkilerini tam olarak bilmemiz için gerekli hesaplama gücü, gelişen teknolojik uygarlığımızın gerektirdiği iletişim hızları, askeri sırlarımızı korumak, başkalarının ne yaptığını gizlice öğrenmek için bu bilgisayarları bekliyoruz. Çünkü kuramsal olarak bunların hesaplama güçleri ve hızları, sıradan bilgisayarlardan onlarca kat fazla. Yalnızca 300 işlem birimli bir kuantum bilgisayarın, 2300 işlemi, yani tüm Evren'deki toplam parçacık sayısı kadar işlemi, birkaç saniyede yapabileceği hesaplanıyor. Bu alanda yapılan çalışmalarsa, hâlâ mikroskobik dünya ile, tanıdığımız büyük ölçekteki dünyanın sınırlarındaki gri bölgede dolaşıyorlar. Kuram, hâlâ deneyin çok önünde koşuyor. Kuantum bilgisayarlar için harıl harıl algoritma üretiliyor. Buna karşılık laboratuvarlarda geliştirilen prototipler son derece ilkel. Emekleme çağından yeni çıkan bebekler gibi birkaç adım attıktan sonra düşüyorlar. Ama gene de, içinde el yordamıyla yürüdüğümüz sis giderek aydınlanıyor. Son birkaç ay içinde açıklanan gelişmeler, kuramsal çalışmaların hızla sonuca yaklaştığını gösteriyor.

Bu durumda beklentilerimize koşut hünerlere sahip kuantum bilgisayarların ortaya çıkması, mikroskobik dünyadaki nesnelerle makroskobik ölçüm araçları arasındaki uyumsuzluğun giderilmesine bağlı. Aradığımız köprü de ortaya çıkmış gibi görünüyor. Bu alanın önde gelen kuramcılardan Dmitri Averin'e göre fizikte son 20 yılın en büyük buluşlarından biri, milyarlarca elektron içeren süper iletken gibi makroskobik bir sistemin, mikroskobik dünyayı yöneten kuantum mekaniğinin ilkelerine göre davranabildiğinin kanıtlanmış olması. Bunun önemi şuradan kaynaklanıyor: Kuantum bilgisayar öncülleri, şimdiye kadar atom ya da moleküller içindeki parçacıkların spinlerinden ya da ışığın polarizasyonundan yararlanılarak gerçekleştirildi. Ancak bu modelleri küçültmek olanaksızdır. Klasik bilgisayarlardaysa katı hal parçalar, devrelerin birkaç yüz nanometreye (metrenin milyarda biri) kadar küçültülmesine olanak sağladı. Katı hal parçalar, şimdiye değin kuantum bilgisayarları için uygun sayılmıyordu. Çünkü bunların üzerindeki elektronların sayılamayacak ölçüde ve karmaşada kuantum durumu bulunur. Oysa kuantum bilgisayarlar kolayca saptanabilen "açık-kapalı" durumlara gerek duyuyorlar. İşte süper iletkenler bu açmazı ortadan kaldırdı. Çünkü üzerlerindeki elektronlar son derece düzenli biçimde hareket ediyorlar. Japon araştırmacılar da geçtiğimiz aylarda bu köprü üzerinde yürüyerek büyük düşün gerçekleşmesi yönünde önemli bir ilerleme sağladılar.

İsviçre’de yapılan bir deney sırasında, aralarında 10 km uzaklık olan iki fotonunn, sonucu önceden bilinemeyecek olan bir durumda, tıpatıp aynı şekilde davrandıkları görüldü. Adeta bir foton telepatisi söz konusuydu. Deney Cenevre’de ve ondan sırasıyla 7,3 km ve 4,5 km uzaklıktaki Bernex ve Bellevue kentleri arasında yapıldı.

Bir lazerden çıkan bir foton Bir KnbO3 kristalinden geçerken daha az enerjili iki fotona ayrılır. Her foton bir optik lif içine girer ve yolu üstünde yarı yansıtıcı bir aynaya rastlar. Ayna tamamen rastlantıya bağlı olarak, fotonu bazen yansıtır, bazen geçirir. Aynayı geçen foton bir detektöre çarpar. Deney şunu göstermiştir: Aralarında 10 km’den fazla bir uzaklık bulunan bu iki foton, her an birbirlerinin tıpatıp aynı davranışları gösterirler; şöyle ki fotonlardan biri aynadan geçmişse, öteki de geçer.

Söz konusu deney, birbirlerinden uzak olan iki fotonun, bir “iletişim halinde” olduklarını göstermek amacıyla yapılmıştı. Deneyde aynı kaynaktan, lazerle uyarılmış bir KNbO3 kristalinden çıkıp iki farklı yöne giden iki foton gözlemlendi. Fotonların her biri optik lif içine alınarak yarıyansıtıcı bir aynaya ulaştırıldı. Bu ayna, adından da anlaşılacağı üzere bir fotonu bazen geçirir (bu durumda bir detektör, foton geçtiğini haber verir), bazen de yansıtır(bu durumda foton, hareket yönünü değiştirir).

Yarıyansıtıcı bir aynaya gelen bir fotonun aynadan geçmesi ya da yansıması tümüyle rastlantıya bağlıdır. Çok sayıda deney yapılarak bunların istatistikleri dikkate alınırsa şu görülür : Aynadan geçen ve yansıyan fotonların sayısı eşittir; bir başka deyişle ayna kaç foton geçirmişse o kadar fotonu da yansıtmıştır. Sağduyu bize şunu söyler: Davranışları tümüyle rastlantıya bağlı olması gereken iki fotondan her birinin, diğeri gibi davranması için hiçbir “mantıksal” neden yoktur. İşte bu deneyi inanılmaz yapan şey de budur. İsviçreli fizikçiler kesin olarak şu gözlemi yapmışlardır: Aralarında 10 km uzaklık olan iki foton, ayna karşısında her seferinde birbirleriyle aynı davranışı göstermişlerdir; fotonlardan biri yarıyansıtıcı bir aynadan geçmişse, ondan 10 km uzaktaki öteki foton da aynı anda yarıyansıtıcı bir aynadan geçmiştir. Biri yansıdıysa, aynı anda öteki de yansımıştır. Sanki her biri, diğerinin o anda ne yaptığını bilmektedir. Sanki fotonlar arasında telepati vardı...

Daha da garip olan şey şudur: Özel Görelelik kuramına göre, hiçbir sinyal ışıktan daha hızlı ( > 300 000 km/saniye) gidemez; oysa aralarında 10 km olan iki foton aynı anda ( arada zaman geçmeden ) aynı davranışı göstermektedir!

Ne kadar açıklanamaz olursa olsun, benzer bir olay bilim insanlarınca daha önce de görülmüştür. 1981’de Fransız fizikçi Alain Aspect, Orsay Optik Enstitüsü’nde daha küçük ölçekte yaptığı laboratuvar deneylerinde, dünyada ilk defa iki parçacığın her an özdeş davranışlar gösterebileceğini bulmuştur. Ancak İsviçre’deki deney farklıdır; burada iki foton arasındaki uzaklık 10 km’dir. İki foton üç kentin üstünden nasıl elele verebilmektedir? Bu kadar uzak bir mesafeyi aşarak iki fotonun tıpatıp aynı davranışları yapmasını ne sağlamaktadır? İki fotonun özel göreliliğe isyan edercesine, aynı anda aynı davranışı yapması nasıl açıklanabilir?

Bu gibi sorular yeni değildir. Fizikçiler teknolojik yetersizlik nedeniyle kuantum deneyleri yapamadıkları zamanlarda bile bu konu üzerinde düşünüyorlardı; kuantum fiziğinin doğuşunu izleyen yıllarda ( 1900-1920’ler arası) en azından kuramsal olarak, atomdan küçük madde parçacıklarının inanılmaz davranışlarına tanık oldular. Evren’deki bütün cisimlerin dalga-parçacık ikilisinden oluştuğunu anladılar.

Bu ikilik (düalite) kuralından büyüleyici özellikler ortaya çıktı. Bunlardan biri de şuydu: İki dalga-parçacık “birleşebilir”: Her birinin değişkenleri (enerji, hız, konum vb), aynı anda denklemin içinde tekleşir. İki dalga-parçacık tek dalga-parçacık halini alır. Bu durumda bu iki dalga parçacığın “kuantum uyumu” halinde oldukları söylenir.

Özel görelilik kuramı (ki doğruluğu defalarca denenmiştir) nedensellik ilkesini ( nedenin sonuçtan önce gelmesi) garantilemiştir. Eğer bilginin ışıktan hızlı gidebildiğini kabul edersek, bazı kesin yasalar nedensellik ilkesini altüst eder ve örneğin elektrik düğmesini çevirmeden ışığın yanması gibi saçmalıklar ortaya çıkar. Bu defa yeni yasalar bulmak gerekir. Bu deneyde görüldüğü üzere aynı anda birbirinden uzak iki noktada aynı davranış, modern fizik yasalarını tehlikeye sokar mı? Buna yanıt verebilmek için basit bir bilgi iletim deneyi hayal edelim.

Varsayalım ki bir astronot , dünya’dan 1 ışık yıl uzakta bir göktaşı üzerinde bulunuyor. Dünya’ya geri dönüşü başlatmak için Dünya’daki üsten haber bekliyor. Dünya “dön” emrini rady