Cornell Üniversitesi’nde yayınlanan bir makaleye göre kuantum dolanıklık özelliğiyle enerjiyi ışınlamak mümkün olabilir.
Eylül başında yayınlanan bir makaleye göre, ABD Purdue Üniversitesi’nde Sabre Kais liderliğinde yürütülen bir çalışmada, kuantum bilgisayarları kullanarak enerjiyi ışınlamak için bir metod geliştirdi.
Kuantum fiziğinin özelliklerini kullanarak enerji ışınlama fikri ilk kez 2008’de Tohoku Üniversitesi’nden Japon fizikçi Masahiro Hotta tarafından ortaya atılmıştı. Yapılan deneylerde teknik olarak enerjinin ışınlanması gerçekleşse de enerji depolonamamış ve kaybolmuştu.
Sabre Kais ve ekibinin geliştirdiği yeni metod, enerji ışınlamasındaki depolama sorununa bir çözüm sunuyor.
Kuantum bilgisayarlar
Kuantum bilgisayarlar, verileri depolamak ve hesaplamalar yapmak için kuantum fiziğinin özelliklerini kullanan makinelerdir. Maddeyi ve enerjiyi atom ve atom altı seviyede açıklamaya çalışan kuantum fiziği temel ilkeleri üzerinde geliştirilir. İşlemler kuarklar gibi temel parçacıkların davranışlarının kontrol edilmesiyle gerçekleşir.
Klasik bilgisayarlar (akıllı telefon, dizüstü ve masaüstü bilgisayarlar vb.) işlemlerini ikili sayı sistemi denilen 0 ve 1 değerlerini baz alabilen “Bit” ler (Binary digit) aracılığıyla yaparlar. Sekiz tane 1 ve 0’ın bir araya gelmesi ile bir “Byte” oluşur. 1024 Byte ile 1 Kilo Byte (KB), 1024 KB ile 1 Mega Byte (MB) oluşur. Bilgisayarda yapılan bütün işlemler, en sonunda 0 ve 1’lere dönüştürülerek gerçekleşir.
Kuantum hesaplamada ise, temel bellek birimi olarak “Bit” kavramı yerine “Qubit” (Quantum-bit) kullanılmaktadır. İkili kod sistemiyle çalışan klasik bir bilgisayarda bir bit yalnızca 1 veya 0 olabilirken, bir kuantum bilgisayarda qubit, bu 1 ve 0’ların aynı anda çok farklı kombinasyonlarından oluşabilir. Bu duruma süperpozisyon (üst üste binme ilkesi) adı verilir.
Süperpozisyon kuantum fiziğinde iki ayrı durumun bir parçacık için aynı anda geçerli olması halidir. Yani, aynı anda hem 1 hem de 0 olma durumu da denilebilir. Bunun sebebi çift yarık deneyi (young deneyi) ile açıklığa kavuşan madde ve enerjinin aynı anda hem dalga hem de parçacık olma özelliğidir. Kuantum bilgisayarda işlemler sırayla değil, aynı anda yapılır.
Spin ve kuantum dolanıklık
Kuantum bilgisayarlarda veriler bir atom çekirdeği, bir foton ya da bir elektronda saklanabilir. Atomda bulunan elektronlar, sahip oldukları manyetik alandan dolayı mıknatıs gibi hareket ederler. Elektronun mıknatıs gibi davranma özelliği “spin” (fizikte bir parçacığın açısal momentumu) olarak adlandırılır.
Dış etkenlerden tamamen izole bir elektron manyetik alana sokulduğunda, manyetik kuvvetin etkisiyle manyetik alan doğrultusunda yön değiştirirler. Yani, ya “spin up” (yukarı yönlü) ya da “spin down” (aşağı yönlü) durumunda bulunabilirler. Klasik bilgisayardaki “0” ve “1” durumlarının her ikisine de aynı anda sahip olabileceği ve daha fazla ihtimal ve kombinasyonu mümkün kılabileceği anlamına gelen bu durum, tek bir qubitin standart bir bitten çok daha fazla bilgi taşıyabileceğini gösterir.
Kuantum dolanıklık iki veya daha fazla parçacığın fiziksel özelliklerinin aralarındaki mesafeden bağımsız olarak birbirlerini etkilemesi durumudur. Dolanıklığın oluşması için iki parçacığın toplam spinlerinin sıfır olması gerekir. Örneğin, iki parçacıktan birinin spini yukarı yönlüyse, diğerininki aşağı yönlü olmalıdır. Dolanık iki parça arasındaki bu etkileşim, parçacıkların birbirinden negatif şekilde etkileneceğini gösterir. Bu ilke sayesinde, kuantum dolanıklık ile ‘eşzamanlı’ ya da ‘anlık’ veri aktarımı sağlanabilir.
Sabre Kais ve ekibi de yaptıkları çalışmada temel olarak bu ilkelerden yararlandı. Enerji ışınlanması için yaptıkları simülasyon deneylerinde, enerji seviyeleri sıfır olan qubitler kullanıldı.
Fakat kuantum mekaniğine göre, teknik olarak hiçbir şeyin bulunmadığı bir yerde bile, kuantum alanlarında oluşan titreşimler nedeniyle bir miktar da olsa enerji oluşur. Bu sebeple, enerji seviyeleri sıfır olan iki qubit dolanıklaştırılıp ayrıldığında ve ölçüldüğünde, ölçüm esnasında oluşan titreşimler ölçüm yapılan parçacığın enerji seviyesini değiştirir. İki parçacık dolanık olduğundan, aynı anda diğer parçacığın da enerji seviyesi aynı oranda, tam tersi yönüne (negatif) değişecektir.
Sabre Kais ve ekibine göre ise, eğer ölçümü yapan kişi, dolanık qubitlerin enerji seviyelerinin ne kadar değişeceğini tam olarak belirleyebilirse, bu enerjiyi dolanık qubitten ‘çekerek’ (extract) iki dolanık qubitin enerji seviyelerini tekrar sıfıra getirebilir ve bu sayede depolayabilir. Bu simülasyon deneyinin gerçek hayatta yapılması enerjinin ışınlanmasının mümkün kılabilir. Purdue Üniversitesi’nde yapılan bu çalışma, gerçek deneylerde de aynı sonuçları verirse enerji transferinde çok büyük bir mesafe alınabilir.
Kaynak: Extracting and Storing Energy From a Quasi-Vacuum on a Quantum Computer
