BİLİM & TEKNOLOJİ

KUANTUM FİZİĞİ

Dünyanın en güzel deneyi

Kuantum bilgisayarın nasıl çalıştığını anlamak için öncelikle mevcut bilgisayarların nasıl çalıştığını anlamak gerekiyor.

Kuantum üstünlüğü, bir kuantum bilgisayarın klasik bilgisayarların yapmasının mümkün olmadığı bir işlemi başardığı ana deniyor.

Bir kuantum bilgisayarsa “bit”ler yerine “kubit”lerle çalışıyor.

Anlaşılması neredeyse imkansız ve çok daha uzun bir açıklaması da bulunan bir dizi süreç sonucunda, bu çeşitli garip fiziksel olaylardan yararlanan ve bunları işlemleri yürütmek için kullanan kuantum bilgisayarlara ulaşıyoruz.

KUANTUM ÜSTÜNLÜĞÜ NEDİR?

Google’ın dünyayı değiştirecek keşfi

Kuantum üstünlüğünün öncüsü Sycamore bilgisayarı nasıl çalışıyor? İşte yanıtı

Bilim insanları en sonunda kuantum üstünlüğüne ulaştıklarını ilan etti. Bu, endüstri için dünyayı değiştirebilecek bir dönüm noktası.

Sycamore’un 53 kubitlik yongası (Google) / cafemedyam

Ancak bu ilan bir yandan da kafa karışıklıklarını ve tartışmaları beraberinde getirdi. Kuantum bilgisayarlar dünyaya derin ve yeni bir bilgi işleme gücü sunsa da, bunu nasıl yaptığını hem anlamak hem de değerlendirmek son derece karmaşık bir iş.

Bu önemli başarı, uzun süredir devam eden söylentilere konu olan ve en sonunda saygın hakemli bilim dergisi Nature’de yayımlanan makaleyle aydınlığa kavuştu. Böylece tüm dünya nihayet Google’ın “kuantum üstünlüğü”yle ne kastettiğini tüm boyutlarıyla inceleme imkanına kavuştu: İddia ne kadar sağlam ve bundan sonra neler olacak?

İşte söz konusu buluşla ilgili bilmeniz gereken her şey…

Kuantum üstünlüğü nedir?

İlk olarak 2012’de ortaya atılan bu ifade çok spesifik ama tanımlamak için biraz karmaşık olan bir konuya referans veriyor. Kuantum üstünlüğü, bir kuantum bilgisayarın klasik bilgisayarların yapmasının mümkün olmadığı bir işlemi başardığı ana deniyor.

Bu noktaya ulaşmak, bilim insanlarının onlarca yıldır dile getirdiği bir iddiayı kanıtlayacağı için önemliydi: Verileri işlemenin tamamen yeni ve çok gelişkin bir yöntemine imkan sağlayacak, yepyeni bir bilgisayar türü üretilebilir. Bu da zamanı geldiğinde dünyayı değiştirebilir.

Ancak bunun sadece bir kilometre taşı olduğunu unutmamak önemli: Gerçek yolculuk daha yeni başlıyor ve daha yapılması gereken muazzam miktarda çok şey var. Kuantum üstünlüğüne ulaşma ihtimali, nihai hedef olduğu için değil, gerçekten kullanılabilir kuantum bilgisayarlar üretme süreci için ifade ettikleriyle bilim insanlarını heyecanlandırıyor.

Bu söz öbeği, aynı zamanda pek çok sebeple eleştiriliyor. Eleştiren araştırmacıların arasında ifadeyi ilk kullanan John Preskill de yer alıyor. Preskill bu kavramın, kuantum bilgisayarları kavrayışımıza gereksiz bir heyecan katabileceğini ve “beyaz üstünlüğünün” talihsiz bir yankısı olabileceğini belirtiyor.

Dahası, bu denemenin önemi de tartışma konusu. Bu kısmen, kuantum üstünlüğüne tam olarak ne zaman ulaşıldığını söylemenin zorluğundan kaynaklanıyor. Zira araştırmacılar, yapılması gereken herhangi bir işlemin, aslında başından beri klasik bir bilgisayarda da tamamlanabileceğini keşfedebilir.

Kuantum bilgi işlemi nasıl çalışır?

Kuantum bilgisayarın nasıl çalıştığını anlamak için öncelikle mevcut bilgisayarların nasıl çalıştığını anlamak gerekiyor. Cebinizdeki akıllı telefondan masanızdaki bilgisayara (bilgisayarların kullanıldığı diğer tüm yerlerde de) klasik bilgi işleme yaklaşımı kullanılıyor. Bu yaklaşım yıllardır işini sağlam yapıyor ancak kuantum bilgisayarlar, bunların yerini almazsa bile boy ölçüşebilir.

Klasik bir bilgisayarın hafızasındaki her şey bir dizi “bit”le ifade ediliyor ve bu da ikili sayı sistemiyle çalışıyor. Bitler 1 ya da 0, yani ya açık ya da kapalı olabiliyor. Her gün kullandığımız bilgisayarlarda bu “bit”ler, engin ve karmaşık bilgi işleme sistemlerinde birleşiyor, diziliyor ve bu dizinin temsil ettiği veriler analiz ediliyor.

Bir kuantum bilgisayarsa “bit”ler yerine “kubit”lerle çalışıyor. Kubit sadece açık ya da kapalı olan ikili bir sistemi değil, bir dizi farklı ara durumu da kapsayan farklı değerler taşıyabiliyor. Bilim insanları, kuantum mekaniğinde tanımlanan, alışılmışın dışındaki fiziksel davranışları kullanarak daha karmaşık ve böylece daha güçlü seviyede çalışan kuantum bilgisayarları üretebilir.

Tıpkı klasik bir bilgisayardaki gibi kubitler de bir sistemde toplanabiliyor ve işlemleri gerçekleştirmek için kullanılabiliyor. Kuantum bilgisayarlar; bir araya geldiklerinde kuantum devrelerini ortaya çıkaran bir dizi kuantum mantık kapısından oluşuyor.

Anlaşılması neredeyse imkansız ve çok daha uzun bir açıklaması da bulunan bir dizi süreç sonucunda, bu çeşitli garip fiziksel olaylardan yararlanan ve bunları işlemleri yürütmek için kullanan kuantum bilgisayarlara ulaşıyoruz.

Teorik çerçevede kuantum bilgisayarların ve onların getirdiği yepyeni yaklaşımın, bilim insanlarına bu işlemleri yeni yöntemlerle ve çok daha hızlı yapmasına imkan tanıması gerekiyor. Bu da bizi kuantum üstünlüğüne ve onun ardından gelecek başka birçok olanağa götürüyor.

Google’ın kuantum bilgisayarı “Sycamore” nedir?

Google bunun üzerine çalışan tek şirket değil. Ancak büyük başarısı, bu karmaşıklığı, işleyen bir kuantum bilgisayara dönüştürmesinde yatıyor. Başarıya ulaşan yonga (çip), Google’ın ilk denemesi değildi; yapılması çok muhtemeldi ve belki de zaten kullanılıyordu. Ancak kuantum bilgi işleminde muhtemelen ilk büyük dönüm noktası olduğu için, tarihe de geçecek.

Sycamore yongası, 54-kubitlik bir işlemci. Görece sınırlı olması, bu başarının pratikte kullanışlı olmamasının pek çok nedeninden biri. Araştırmacılar, onu gerçek bir teste tabi tutup kuantum bilgi işlemine dair hayallerinin gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini görmeden önce 100 ve hatta 200 kubitlik sistemler geliştirmek istiyor.

Buluşu önemli kılansa bilgisayarları oluşturan mantık kapılarının yüksek güvenilirliğe ve hıza sahip olması. Bilim insanları bu sistemin çalıştığı hassasiyeti ön plana çıkarıyor; Google’ın böyle bir duyuru yapabilmesine imkan tanıyan da bu.

Kuantum üstünlüğü kanıtlamak için gerçekleştirilen işlemin gerçek çıktısı görece basit: Sadece rastgele sayılar oluşturuyor. Aslında böyle bir başarıyı sağlayan, arka plandaki işleyiş oldu. Kullanılan algoritmanın klasik bilgisayarda benzer bir çıktıya ulaşması binlerce yıl alabilecekken, Google’ın Sycamore bilgisayarında sadece 200 saniye sürdü.

KUANTUM FİZİKÇİLERİNDEN ZAMAN YOLCULUĞU DENEYİ

“Kelebek etkisi yok, gerçeklik kendisini iyileştiriyor”

Simülasyonla geçmişe gönderilen bir kübit şimdiki zamana geri dönerse genelde değişmemiş vaziyette oluyor

Bilim insanları, geçmişte yapılan değişikliklerin şimdiki zamana dönüldüğünde vahim sonuçları olacağı fikrini çürüterek, kuantum düzeyinde “kelebek etkisinin” aksini ispatladı.

Zaman yolculuğu ve kuantum sıçraması, Cristopher Nolan’ın yönettiği bilimkurgu filmi Yıldızlararası’na (Interstellar) da konu olmuştu (Warner Bros.) / cafemedyam

Simülasyonda bir enformasyon parçası zamanda geri gönderilmiş gibi gösterildi. Bu enformasyon daha sonra zarar gördü. Fakat enformasyon büyük oranda değişmemiş şekilde “şimdiki zamana” geri döndü. Hatta enformasyon ne kadar fazla geçmişe yollanırsa zannedilenin aksine son hali de o kadar az zararla geri dönmekteydi.

Böyle bir etki sadece kuantum mekaniğinde, kuantum bilgisayarları kullanılarak yaratılan simülasyonlarda görülebilir zira zamanda yolculuk henüz mümkün değil.

Los Alamos Ulusal Laboratuarı’ndan teorik fizikçi Nikolay Sinitsin yaptığı açıklamada:

“Kuantum bilgisayarında ters zamanlı evrimi veya bir süreci geçmişe doğru işletmeyi simüle etmek hiç zor değil. Gerçekten de karmaşık bir kuantum dünyasıyla zamanda geçmişe gider ve geçmişte birtakım küçük hasarlar yaratıp geri dönersek neler olacağını görebiliriz. Dünyamızın yerle bir olmadığını gördük, bu da demek oluyor ki kuantum mekaniğinde kelebek etkisi yok” dedi.

Kelebek etkisini test etmek için araştırmacılar ileriyi ve geriye doğru neden sonucu simüle eden, kuantum mantık geçitlerine sahip bir IBM-Q kuantum işlemcisi kullandı.

Standart bilgisayar ve işlemcilerin çiplerinde ikili bir yapıda bulunan, yani ya “açık” ya da “kapalı” olmak üzere iki konumda bulunan “bitler” vardır.

Kuantum bilgisayarlarsa bitler yerine “kübitlerden” faydalanır. Kübitler aynı anda hem açık hem de kapalı ve hatta ikisi arasında bir yerde de bulunabilir.

Simülasyonda, bir kişi bir kübiti zamanda geri gönderiyor. Geçmişteki bir davetsiz misafir kübiti ölçer. Bu ölçüm kübiti bozar ve kuantum korelasyonlarını değiştirir.

Bu durum, kuantum davranışı sergileyen atomla başka bir atom arasındaki en ufak temasın bile atomu hemen kuantum durumundan çıkarmasından kaynaklanır.

Daha sonra kübiti şimdiki zamana getirmek için simülasyon ileri sarılır. Bunun sonucunda enformasyonun, bilinen benzetmeye atıf yaparsak, kelebeğe basmak gibi küçük, kışkırtıcı olayların ekstrapolasyonu yüzünden kurtarılamaz hale gelmesinden ziyade küçük müdahalelerden korunduğu tespit edildi.

Sinitsin:

“Kaos kavramının klasik fizikte ve kuantum mekaniğinde farklı anlaşılması gerektiğini bulduk” dedi.

Bu keşif enformasyonu ilk halinden bir kuantum dolaşıklığına dönüştürerek gizlemek ve diğer kuantum aygıtlarını test etmek için kullanılabilir.

Kelebek etkisi kuantum mekaniğinde bulunmadığı için simülasyon çalıştırıldığında farklı sonuç alınması kuantum işlemcisinin düzgün çalışmadığını gösterecektir.

GOOGLE’DAN BÜYÜK ATILIM: KUANTUM BİLGİSAYARDAKİ EN BÜYÜK KİMYASAL CANLANDIRMA GERÇEKLEŞTİRİLDİ

Kuantum bilgisayarlar gelecekte karmaşık hesaplamalar için kimyagerlerin yardımına koşabilir

Google’ın Kuantum Yapay Zeka ekibindeki bir grup araştırmacı, kuantum bilgisayardaki en büyük kimya simülasyonunu çalıştırmayı başardı.

Araştırma ekibine göre, kimyasal süreçleri bilgisayar ortamında canlandırarak öngörme olanağı, şu anda kimyagerlerin çoğunlukla deneme yanılma yoluyla çalışmak zorunda kaldığı alanlarda büyük fayda sağlayabilir.

Sycamore’un, en hızlı bilgisayarın bile 10 bin yılda üstesinden gelebileceği bir problemi 200 saniyede çözdüğü duyurulmuştu (Google)/ cafemedyam

Örneğin bu öngörüler henüz bilinmeyen özelliklere sahip, geniş yelpazede pek çok yeni malzemenin geliştirilmesine önayak olabilir.

Ancak Phys.org’un haberine göre mevcut bilgisayarlar bu tür çalışmaların gerektirdiği üstel ölçeklendirmeleri gerçekleştirmede yetersiz kalıyor. Bu nedenle kimyagerler, gelecekte bu işlemlere kuantum bilgisayarların yardım etmesini umuyor.

Öte yandan, kuantum bilgisayar teknolojisi böyle bir yükün altına girmeye henüz hazır değil. Ancak mühendisler yakın gelecekte bu noktaya ulaşmayı hedefliyor.

Aynı zamanda Google gibi büyük teknoloji şirketleri, kuantum bilgisayarların yeterince olgunlaştığında kullanılabilmesi için yürütülen çalışmalara da yatırım yapıyor.

Yeni çalışmada ise araştırmacılar, diazen molekülünün hidrojen atomlarıyla tepkimeye girdiğinde farklı geometrilere sahip molekülleri ortaya çıkardığı süreci, Hartree-Fock yöntemi ismi verilen basit bir kimyasal hesaplamayla simüle etti.

Ancak bu hesaplamanın zorlu kısmı, Sycamore isimli kuantum bilgisayarı programlamak değil, sonuçların isabetli olup olmadığından emin olmaktı. Çünkü kuantum bilgisayarlar hata yapmaya geleneksel bilgisayarlara oranla çok daha yatkın. Bu nedenle araştırmacıların asıl başarısı, sonuçların doğrulanması oldu.

Araştırmacılar, doğrulama için kuantum bilgisayarı geleneksel bir bilgisayarla birlikte çalıştırdı. Bu bilgisayar, Sycamore’un ulaştığı sonuçları analiz etmek ve ardından yeni parametreler sağlamak için kullanıldı.

Söz konusu süreç, kuantum bilgisayar asgari bir değere ulaşana kadar yinelendi. Ekip aynı zamanda hataları tespit etmek ve düzeltmek üzere donatılmış iki farklı kontrol sistemi daha kullandı.

Hakemli bilim dergisi Science’de yayımlanan makaleye göre, bu çalışma kuantum bilgi işlemenin bir sonraki adımına işaret ediyor.

KUANTUM BİLGİSAYARLARI BEKLEYEN TEHLİKE: KOZMİK IŞINLAR TAMAMEN İŞLEVSİZ BIRAKABİLİR

Kuantum bilgisayarlar, uzaydan gelen yüksek enerjili parçacıklar yüzünden tamamen işlevsiz kalabilir

Uzaydan gelen radyasyon kuantum bilgisayarları için büyük bir sorun teşkil edebilir zira kozmik ışınlar, bu bilgisayların hassas iç işleyişine zarar verebilir ve gelecekte yapmaları planlanan hesaplamaları kısıtlayabilir.

Kuantum bilgisayarları, kuantum bilgisini saklamak ve yönlendirmek için kübit adı verillen kuantum birimlerini kullanıyor.

ABD Enerji Bakanlığı gelecek 5 yıl için yeni kurulan 5 kuantum araştırma merkezine 625 milyon dolar (yaklaşık 4,5 milyar TL) ayırdığını açıklamıştı (AP) / cafemedyam

Kübitleri tasarlarkenen önemli faktörlerden biri, bir kübitin ne kadar süre belirli bir durumda kalabildiği süreye denilen tutarlılık süresidir.

Washington eyaletindeki Kuzeybatı Pasifik Ulusal Laboratuvarı’ndan (PNNL) Brent VanDevender:

“Ne kadar uzun sürerse o kadar fazla ve karmaşık hesaplamalar yaparsınız ve bunlar o derece güvenli olur. Birkaç milisaniye bile kullanışlı kuantum hesaplaması yapmak gerçekten uzun bir süre değil” dedi.

VanDevender ve meslektaşları süperiletken kübitlerin tutarlılık süresini etkilemek için ne kadar rasdyasyon gerektiğini test etmek için iki kübit kullandı. 

Süperiletkenlik olgusu elektronların davranışıyla belirlenir.  Direnç, elektronlar bir malzemenin atomik yapısı içinde hareket edip salındıkça ortaya çıkar. Fakat elektronlar Cooper çiftleri olmak için bir araya gelir. Daha önceki deneyler bu çiftlerin birbirinden beklenildiğinden daha sık birbirlerinden uzağa doğru ayrıldığını, bunun da tutarlılık süresini azalttığını göstermişti.

Araştırmacılar her türden maddenin doğal şekilde yol açabileceği radyoaktif bozulma ve her maddeye nüfuz edebilen kozmik ışınlardan kaynaklı fon radyasyonunun, bu elektron çiftlerinin daha fazla kırılmasına yol açabileceğini buldu.

Radyasyon henüz daha etkili engel yaratan kaynakların varlığı nedeniyle kuantum bilgisayarları için acil bir sorun değil. Ancak gelecek on yılda kuantum bilgisayarları geliştikçe bu durum sınırlandırıcı bir etmen haline gelebilir.

Radyasyonun bir kısmı bilgisayarın çevresine kurşun ya da beton kalkan örerek ya da bu bilgisayarları fizikçilerin kozmik ışınlara karşı hassas deneylerini yapmak için tercih ettikleri yeraltına yerleştirirerek çözülebilir ama kuantum bilgisayarları yaygınlaştıkça hepsini yeraltına alma önerisi gülünçleşecektir.

VanDevender ve ekibindekiler de tutarlılık sürelerini kaybetmeden biraz daha fazla elektron çiftinin kırılmasına karşı kübitleri daha dayanıklı hale getirmeye çalışıyor.

Bu çalışma kara madde ya da nötrinoların sebep olduğu radyasyonu tespit eden dedektörler kulanan diğer fizik deneyleri için de şaşırtıcı kazançlar sağlayabilir. Zira bu dedektörler genelde kırılan elektron çiftlerine kaşı yüksek düzeyde hassas oluyor.

83 KİLOMETRELİK KUANTUM AĞI KURAN ABD, “HACKLENEMEZ” İNTERNET PLANINI AÇIKLADI

Yetkililer kuantum teknolojisi daha güvenli bir internet mimarisi için temel oluşturabileceğini ifade ediyor

ABD’li yetkililer ve bilim insanları, kuantum bilgi işleme teknolojisine dayanan, “sanal ortamda hacklenemeyen” daha güvenli bir internet için altyapı hazırlıklarına başladı.

Phys.org’un aktardığına göre ABD Enerji Bakanlığı yetkilileri, perşembe günü ulusal kuantum internet ağının ilk örneğini geliştirmek için stratejilerini ortaya koyan bir rapor yayımladı. Yeni ağın, kuantum mekaniği kullanarak mevcut ağlardan daha güvenli veri aktarımı sağlaması planlanıyor.

Bilim insanları geçen ay rekor kırarak, 15 trilyon atom dolanık hale getirmişti (Pixabay) / cafemedyam

Bakanlık 10 yıl içinde bir prototip oluşturmayı amaçlayan projenin ilk adımı için üniversitelerle ve sektördeki araştırmacılarla birlikte çalışıyor.

Şubatta, enerji bakanlığına bağlı Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Şikago Üniversitesi’nden bilim insanları, ülke çapındaki kara temelli en uzun kuantum ağlarından birini kurdu ve Şikago banliyölerinde 83 kilometrelik bir “kuantum ilmek” üretildi.

Bakanlık bununla kuantum dolanıklığa veya atomaltı parçacıkların aktarımına dayanan daha güvenli paralel bir ağ kurmayı amaçlıyor.

Bakanlık açıklamasında şu ifadelere yer verildi:

“Kuantum veri aktarımın önemli özelliklerinden biri, bilginin iki konum arasında iletilirken ele geçirilmesinin son derece zor olmasıdır.”

“Bilim insanları bu özelliği sanal ortamda hacklenemez ağlar yapmak için kullanmayı planlıyor.”

Enerji Bakanlığı, ağın ilk kullanım alanları arasında bankacılık ve sağlık hizmetleri sektörlerinin yer alabileceğini ifade ederken, ulusal güvenlik ve havacılık iletişimi uygulamalarının da dahil olabileceğini ekledi.

Açıklamanın devamında şunlar yer aldı:

“Nihayetinde cep telefonlarında kuantum ağ kullanımının, dünya çapında bireylerin yaşamı üzerinde de geniş etkileri olabilir.”

Başlangıçta bakanlığa bağlı 17 ulusal laboratuvar, devletin kaynak ayıracağı kuantum internetin iletişim ağları olarak hizmet verecek.

Şikago Üniversitesi profesörlerinden ve Argonne Ulusal Laboratuvar’ının kıdemli bilim insanı David Awschalom şöyle konuştu: 

“Kuantum ağların temeli, maddeyi atomik ölçüde hassas biçimde sentezleme ve değiştirme kabiliyetlerimize dayanacak, bunun içinde tekil fotonların kontrol edilmesi de var.”

KUANTUM BİLGİSAYARLAR İCİN YENİ TÜR BİR ‘BOLOMETRE’ ORTAYA KONDU – BOLOMETRELERİ GRAFENDEN ÜRETTİLER

Araştırmacılar kuantum bilgisayarları hayata geçirmede katedilen çığır açıcı gelişmeyi duyurdu?

Elektrik alanı tarafından kontrol edilen grafen bolometrenin sanatsal görüntüsü (Heikka Valja) / cafemedyam

Bilim insanları kuantum bilgi işlemede, teknolojinin gerçek dünyada kullanımını başlatabilecek çığır açıcı yeni bir gelişmeyi selamlıyor.

Son keşif, tamamen yeni bilgisayar türünün çalışmasına imkan tanıyan kuantum enerji paketlerinin kuantum bilgisayarlar tarafından ölçülme biçimini kökten değiştirebilir.

Kuantum bilgi işleme uzun zamandır hesaplama görevlerini çok daha hızlı biçimlerde yapabilmesiyle umut vaadediyor ve sağlık araştırmalarından güvenliğe kadar her şeyi değiştirme potansiyeli taşıyordu.

Ancak bu söylenenleri pratikte yapmanın zor olduğu ortaya çıkarken, bu bilgi işleme biçiminin savunucularının ileri sürdüğü vaatleri de henüz hayata geçiremedi.

Hakemli bilim dergisi Nature’da yayımlanan araştırmayla ortaya konan yeni teknolojik gelişme, bolometre adıyla bilinen algılayıcının yeni bir türünü kullanıyor. Bu, algılayıcıyı ne kadar ısıttığını ölçerek gelen radyasyonun enerjisini belirliyor.

Kuantum bilgisayarların çalışabilmesi için, bünyelerinde barındırdıkları kubitlerin enerji seviyelerini ölçebilir durumda olmaları gerekiyor.

Şimdiye kadar kuantum bilgisayarlar bunu genellikle kubitlerin ortaya çıkardığı gerilimi ölçerek yapıyordu. Ancak bu bir dizi sorunu beraberinde getiriyordu. Bu sorunlar arasında fazladan elektronik devrelere duyulan ihtiyacın bu bilgisayarları daha büyük ölçeklerde uygulamayı zorlaştırması, daha fazla güç harcaması ve aynı zamanda muhtemel hatalara neden olması yer alıyordu.

Bilim insanları bolometre kullanarak tüm bu problemleri aşmayı umuyor. Ancak şimdiye kadar bolometrelerin uygulamada gerçekten kullanılacak kadar hızlı ya da hassas olduğu kanıtlanmamıştı.

Şimdiyse yeni makale, teorik olarak kuantum bilgisayarlara dahil edilebilecek ve bu bilgisayarların gerçek kullanıma geçmesini sağlayacak yeni tür bir bolometreyi ortaya koyuyor.


Yeni gelişmeyi ortaya çıkaran ekibin başındaki araştırmacı Mikko Möttönen şunları söyledi:

“Bolometreler şimdi kuantum teknolojisi alanına giriş yapıyor ve belki de ilk uygulamaları kubitlerden kuantum bilgilerin alınması olabilir. Bolometrenin hızı ve hassasiyeti şimdi bunun için uygun gibi görünüyor.”

Önceki bolometreler, gürültü sorunlarının (bir ölçüm cihazının ölçmesi hedeflenen şey dışında gösterdiği ve genellikle cihazın kendisinden ya da çevresinden kaynaklanan ölçümler -ç.n.) üstesinden gelen altın-paladyum alaşımından yapılıyordu ancak bu kubitleri ölçme işinde ciddi anlamda yavaş kalıyordu. Yeni araştırmada mühendisler bunun yerine bolometreleri grafenden üretti. Bu sayede algılayıcılar mevcut teknolojiyi yakalayabilecek ölçüde hızlanmış oldu.

Grafen temelli cihazların yapımında uzman olan, Aalto Üniversitesi’ndeki ekibin başındaki Pertti Hakonen şunları söyledi:

“Grafene geçmek, gürültü seviyesini aynı tutarken algılayıcının hızını 100 kat arttırdı. Bu ilk sonuçların ardından söz konusu cihazı daha da iyi hale getirmek için yapabileceğimiz çok fazla optimizasyon var.”

Araştırmanın ayrıntıları, Nature’da yayımlanan ve “Devre kuantum elektrodinağimine uygun eşik değerde çalışan bolometre” ismini taşıyan bir makalede paylaşıldı.

ÇİN, KUANTUM ÜSTÜNLÜĞÜNE ULAŞMAYI BAŞARDI

Çin’de üretilen makine, dünyanın en etkili süperbilgisayarının neredeyse 100 trilyon misli hızda hesap yapabiliyor

Çin, çağdaş süperbilgisayarların milyarlarca yılda tamamlayabileceği bir hesaplamayı yaparak kuantum programlamada büyük bir atılıma imza attı.

Kuantum üstünlüğü olarak bilinen bu önemli aşama, Google’ın bu başarıya erişen ilk şirket olmasından bir yıl sonra katedildi.

Science’da yayımlanan bir araştırma makalesine göre:

Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi mensuplarından oluşan ekip, dünyadaki en etkili süperbilgisayarın neredeyse 100 trilyon katı hızda hesaplama yapabilen bir kuantum bilgisayarı tasarladı.

Çin’in önde gelen kuantum programlama araştırmacıları, gelecek nesil makinenin Google’dan tamamen farklı bir kurulum kullandığını açıkladı. Böylelikle bu yeni teknolojiye ilişkin birden fazla yaklaşımın mümkün olduğu da görüldü.

Devlete bağlı haber ajansı Şinhua’ya göre:

Araştırmacılar prototiplerinin Google’ın makinesinden 10 milyar kat daha hızlı olduğunu savunuyor.

İlk kez neredeyse 40 yıl önce fizikçi Richard Feynman tarafından kuramsal olarak öngörülen kuantum bilgisayarları, ancak yakın zamanda dizayn edilebilidi.

Makineler, dijital veriyi ‘1’ler ve ‘0’larla kodlayan geleneksel bitleri, kübit olarak da bilinen kuantum bitleriyle değiştirerek çalışıyor. Bu bitler, süperpozisyon prensibi sayesinde aynı anda hem ‘1’ hem de ‘0’ olarak işleme girebiliyor. Dolayısıya, bilgisayara eklenen her kübit makinenin etkinliğini doğrusal değil üstel olarak artırıyor.

Kuantum bilgisayarlarının ortaya çıkışı, veri işleme süreçlerini üstel olarak daha etkili hale getirerek hastalıkların tedavisinden trafik sıkışıklığını çözmeye kadar her şeyin dönüştürülmesi umudunu da beraberinde getiriyor.

Öte yandan, güvenlik uzmanları akılalmaz hızdaki bilgisayarların finans, iletişim ve hükümet sistemlerinin temelde kullandığı çağdaş şifreleme biçimlerine yönelik ciddi tehdit oluşturduğu konusunda uyardı.

Nihayetinde ulusal güvenliğin tehlikeye girmesi sözkonusu olabilir. ABD de Çin’deki ilerlemelerin, kendilerini teknolojik silahlanma yarışında geride bırakabileceği konusunda bir süredir uyarıyor.

ABD ulusal güvenliği üzerine çalışan Center for a New American Security’nin 2019’daki raporunda şu ifadeler yer aldı:

“ABD, geleneksel teknolojik üstünlüğünün yeni ve belki de emsalsiz zorluklarla karşı karşıya kalacağı bir geleceğe hazırlıklı olmalı.”

NASA UZUN MESAFELİ KUANTUM IŞINLAMASINI BAŞARDI – YENİ BİR İLETİŞİM ÇAĞINA DOĞRU

Araştırmacılar bunun yeni bir iletişim çağını başlatırken veri depolama ve bilgi işlemde de devrim yaratabileceğini söyledi

Kuantum ışınlama, yani fiber optik bir kablo aracılığıyla foton kübitleri göndermek, araştırmacılar tarafından ilk kez örnekle gösterildi.

Bu başarı veri depolama ve bilgi işlemde devrim yaratabilecek bir kuantum internet hizmetini geliştirmek için kullanılabilir. Bilim insanları da bunun yeni bir iletişim çağını başlatacağını iddia ediyor.

Bilim insanları, kübitleri 44 kilometrelik fiber optik ağ üzerinden yüzde 90 aslına uygunluk oranıyla gönderdi. Bu ağ, mevcut internet altyapısı ile uyumlu olacak şekilde halihazırda mevcut ekipmanla inşa edildi.

Y

Bu kuantum bit’leri, süperpozisyon durumunda olarak aynı anda hem “1” hem de “0” gibi işleme girebiliyor. Dolayısıyla, bilgisayara eklenen her yeni kübit, makinenin etkinliğini doğrusal değil üstel olarak artırıyor.

Dolayısıyla kuantum ışınlama, kuantum durumlarının bir konumdan diğerine aktarımı oluyor. Bu aktarım, biriyle paylaşılan bilginin diğeriyle de tam olarak aynı anda paylaşılacağı şekilde, iki parçacığın birbirine bağlandığı kuantum dolaşıklığı kullanılarak yapıldı.

Bunun nedeni parçacıkların tam konumlarının, momentumlarının ve dönüşlerinin parçacık ölçülene kadar belirlenemediği olasılık durumlarında var olması.

Fotonlar da bu şekilde davranır, nasıl ölçüldüklerine bağlı olarak bir dalga veya parçacık haline gelir.

Fermilab’daki Kuantum Bilim Programı Başkanı Panagiotis Spentzouris, Motherboard’a verdiği demeçte şu ifadeleri kullandı:

“Bu tür araştırmalar için sınırları zorlamak ve hem kuantum iletişimini hem de kuantum ağlarını gerçek hayatta uygulama yolunda, temel fizik fikirlerini test etme yolunda önemli adımlar atmak istedik.”

Caltech’te Shang-Yi Ch’en Fizik Profesörü Maria Spiropulu da şöyle dedi: 

“Sosyal medyada insanlar (elbette şaka olarak) bir kuantum internet sağlayıcısına başvurmaları gerekip gerekmediğini soruyorlar. (Çok) daha fazla AR-GE çalışmasına ihtiyacımız var.”

Kuantum bilgisayarlar, dünyanın en güçlü süper bilgisayarından yaklaşık 100 trilyon kat daha hızlı hesaplama kapasitesine sahip. Google’ın yanı sıra Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden ekipler, iki farklı yöntem kullanarak bu tip başarılara ulaşmayı başardı.

Spentzouris, ABD Enerji Bakanlığı’nın yakın zaman önce Şikago’da ulusal kuantum interneti için bir plan açıkladığını ve bilim insanlarının ulaştığı noktanın “Şikago bölgesi metropol kuantum ağının inşası için temel oluşturabileceğini” söyledi.

Araştırma Fermilab, AT&T, Caltech, Harvard Üniversitesi, NASA Jet İtki Laboratuvarı ve Calgary Üniversitesi’nden araştırmacıların imzasıyla PRX Quantum’da yayımlandı.

Profesör Spiropulu:

“Sürdürülebilir, yüksek performanslı ve ölçeklenebilir kuantum ışınlama sistemlerinde bu dönüm noktasına ulaştığımız için çok gururluyuz. 2021’in ikinci çeyreğine kadar tamamlamayı beklediğimiz sistem yükseltmeleriyle sonuçlar daha da geliştirilecek” dedi.

‘SPOOKY ACTİON ’ TUHAF HAREKET

Einstein, kuantum mekaniğini ‘spooky action’ yani tuhaf hareket olarak nitelendirmişti.

HER ŞEY BİR DENEY İLE BAŞLADI

Günlük yaşamımızda etrafımızdaki tüm cisimlerin davranışlarını kesin bir şekilde belirleyebiliyor, ihtimallere bırakmıyoruz. Fakat söz konusu bizi ve her şeyi oluşturan atomlar olunca, hüküm süren kanunlar çok farklı, dahası tuhaf.

Astrofizik bir bilimdir, büyük cisimlerin büyük ölçeklerde nasıl hareketlerde bulunacaklarıyla ilgileniyor.

Astroloji ise kesinlikle bilim değildir. Gökyüzünde birbirlerinden yüzyıllarca ışık yılı uzakta duran yıldızlar, biz insancıkların kaderini belirleyemez.

Bir çift laf da, ‘Zengin olmayı kabul ettiğiniz zaman, zenginlik size gelecektir, yeter ki kuantum düşünce tekniğini uygulayın’ diyen kişisel gelişimcilere. Sizce kuantum düşünmeye çalışan insanların kaçı kuantum mekaniğinin atom ve atom altı dünyasıyla ilgilenen yani en küçüklerin diyarında geçerli tuhaf kuralların bir bütünü olduğunu biliyor?

KUANTUM MEKANİĞİ

Makroskopik düzeyde geçerli kanunlara klasik mekanik deniyor.

Fakat söz konusu bizi ve her şeyi oluşturan atomlar olunca, hüküm süren kanunlar çok farklı, dahası tuhaf. Mikroskopik düzeyde geçerli bu kanunlara ise kuantum mekaniği deniyor.

Atomları yöneten kuantum mekaniğiyle tanıştıktan sonra atomların oluşturduğu evrenimize aynı gözle bakabilecek misiniz? Gerçeklik algınızın sarsılmasına hazır olun.

HER ŞEY BİR DENEY İLE BAŞLADI – ‘ÇİFT YARIK DENEYİ ’

Çok sık olarak; Fizikte önce deneyler yapılır sonra kanunları bulunur. Milyonlarca kere test edildikten sonra ışık hızının sabit olduğuna karar verildi.

TARİHTE BİR GEZİNTİ

1803’deThomas Young, adındabir fizikçi ışık ile bir deney gerçekleştirdi; adı ‘Çift Yarık Deneyi’ydi.

Deney ile ışığın dalga gibi hareket ettiği ispatlanmıştı. Fakat daha sonra Einstein geldi ve fotoelektrik adını verdiği ve 1921’de Nobel Fizik Ödülü aldığı teorisiyle ‘Işık hem dalgadır hem parçacıktır’ dedi. Bu kuantum devrimidir!

Niels Bohr da kuantum fiziğinde en az Einstein kadar bilinen ve kendisinden bir yıl sonra Nobel Ödülü alan Danimarkalı Yahudi kökenli bir fizikçidir.

Niels Bohr

Bilim adamları ışığın bilinen klasik mekaniğin kurallarına aykırı davranış gösterdiğini gördüler.

Bir tüpün içine konulmuş ve ısıtılmış gazın yaydığı ışığın önüne bir prizma konulduğunda beklenildiği gibi gökkuşağı renklerinden birbirine geçişli bir spektrum değil, birbirinden apayrı ve keskin, net renklerde çizgilerin oluşturduğu bir dizim çıkmıştı.

Niels Bohr, bu oluşumu anlamak için, maddenin atom yapısını inceledi.

Elektronlar çekirdeğin etrafında aynı gezegenlerin güneşin etrafında döndüğü gibi dönüyordu, yani yörüngeler boyunca. Ama güneş sisteminden bir farkla. Elektronların bulunabileceği fiks yörüngeler vardı, bunlara sadık kalmak zorundaydılar. Yörüngeler 1,2,3,4.. gibi tam sayılarda bulunabilirdi, 3,5’de bir yörünge olamazdı.

Niels Bohr bir atomu ısıttı ve atomun etrafında dönen elektronların heyecanlanarak tepki gösterdiğini gözlemledi.

Bu elektronların enerji seviyeleri değiştikçe bir sabit yörüngeden diğer sabit yörüngeye sıçrayıveriyorlardı. Aradaki boşluğa hiç uğramadan. Yani Mars’ın Jüpiter yörüngesinde dönmeye karar verirken aradaki yola hiç uğramaması gibi bir durum; bir anda beliriveriyorlardı. Elektronlar bir yörüngeye zıpladıklarında belirli dalga boylarında ışık şeklinde enerji yayıyorlardı. Belirli dalga boyu belirli renk demek. Yani her bir sıçrayış bir renk oluşturuyordu. Kuantum sıçraması sayesinde aşırı net, spesifik renkler ortaya çıkıyordu. Birbirine girişmiş bir gökkuşağı değil. Çünkü sıçrayışlar keskindi; bir yörüngeden diğerine hiçbir yere uğramadan. Kuantum sıçraması diye duymuş olabileceğiniz olgu bu işte.

DÜNYANIN EN GÜZEL DENEYİ

1961 yılında Clauss Jönsson söz konusu aynı deneyi ışık yerine elektronlarla yaptı. 2002 yılında, Physics World okuyucuları tarafından Jönsson’un Çift Yarık Deneyi ‘en güzel deney’ olarak seçildi. Nihayet deneye başlıyoruz.

1- Bir bilyeyi içinde tek bir yarık olan bir levhadan geçirmeye ve arkasında bulunan düz bir duvara çarpmasını sağlamaya çalışırsak,

beklenen sonuç arka duvarda yarığın hizasında bilyelerin bırakmış olacağı bir iz olur.

Şimdi bu deneyi çift yarıkla denersek, arka duvarda aynı hizalarda oluşmuş iki set iz görürüz.

2- Bu deneyin aynısını su ile yaparsak da suyun dalga karakterinden dolayı yarıktan geçtiğini, yine yayıldığını ve arka duvara vurduğunu gözlemleriz. En kuvvetli vurduğu yer dalganın ortasıdır, kenarlarda da daha hafif de olsa iz kalacaktır elbette. Bu davranış şekli bilyenin tek delikten geçmesiyle pek farklı sayılmaz. Yarığın tam arkasında en parlak sütun oluştu.

Şimdi burada levhaya ikinci bir yarık açınca, işler değişiyor. Yarıklardan geçtikten sonra iki tane olan dalgalar, karşı duvara ilerlerken, tepe kısımları ile dip kısımları birbiriyle çakışarak birbirlerini götürüp düz hale geliyor; tepeler kesişince daha yüksek bir tepe oluşuyor, dipler kesişince ise daha derin vadiler oluşuyor. Tepeler en yoğun parlak çizgileri ortaya çıkıyor. Sonuçta duvarda karşımızda şöyle bir ‘girişme’ dizimi beliriyor.

Bilye fırlattığımızda iki düz bant elde etmiştik su dalgası yolladığımızda ise bir “girişme modeli” elde ediyoruz. Duvar boyunca çizgiler, üstelik de en yoğunu iki yarığın ortasında yani en beklenmedik yerin tam arkasında hizalanıyor.

KUANTUM DÜNYASI

Elimizdeki bilye yerine artık miniminnacık bir elektron var. O küçüklüğe inmek için aldığımız yolu şöyle ifade edelim.

Çapı 1 metrelik bir hulahup’u 100metre (10 üzeri 0, 1’dir.) olarak da ifade edebiliriz. Dünyanın çapı takribi 107 metre (12.000 km); dünyadan güneşe olan mesafe ise 1,5 x 1011 metre. (150 milyon km) 1021 metre Samanyolu galaksisinin boydan boya uzunluğu. 300 milyar kadar galaksiyi gözlemleyebildiğimiz evrenimizin ise boydan boya uzunluğu 1026 metre.

Hulahup’un çapı 100 metre demiştik. Tek hücreli bir terliksi hayvanın boyutu 10-4 metre; ilkokulda çocukları olanların yakından tanıdığı Influenza virüsü 10-7 metre, bir DNA molekülü ise 10-9metre boyunda. Buna nanometre de deniyor. Nano dünyasına hoş geldiniz. Kuantum dünyasına 10 katı daha yolumuz uzun. 10-10 bir atomun büyüklüğü; bir atomun içinde bulundurduğu çekirdek(proton ve nötron) ise 10-15 metre boyutunda. Yani atom bir stadyum ise çekirdek içinde bir bilyecik. Proton ve nötronların çevresinde dönen elektronların henüz tam boyutu bilinmiyor.(10-18 dolayında). 10-34 metreye yolculuk edersek Büyük Patlama yani evrenin ilk oluşumundaki büyüklüğe gitmiş oluruz. 10-35 ise, ispatlanmamış sicim teorisinde Planck uzunluğu adı verilen maddenin yapıtaşı olduğu düşünülen iki boyutlu sicimlerin uzunluğu. Gözünüzde canlandırabilmeniz için son bir tablo veriyorum. Bir kalemle nokta çizdiniz. Bu noktadan gözlemlenebilir evrene yaptığınız yolculuğun bir o kadarını planck uzunluğuna inmek için yapmalısınız, oransal olarak tabi.

HAZIR! FIRLAT!

1- Deneye tek yarıklı levha ile başlarsak ve fırlatılan elektronların tam da beklediğimiz gibi yarığın arkasında bir bant oluşturduğunu gözlemleriz.

2- İki yarıklı levhada iki bant bekleriz ,öyle değil mi? Ama öyle olmuyor! Bilye gibi düşündüğümüz ve madde parçacığı diye fırlattığımız elektronlar su dalgası gibi davranarak ‘girişme modeli’ oluşturuyor.

Parçacık olarak fırlattığımız elektron, yarıktan geçmeden önce dalgaya dönüşüyor, sonra iki dalga olup kendisiyle girişiyor, duvarda dalgaların bıraktığı girişme modelini bırakıyor. Bir saat boyunca tek tek fırlatılan elektronlar en fazla izi ise iki yarığın ortasının arkasında oluşturuyor. Yarıkların tam arkasında ise elektronlardan eser yok! Elektronun duvara hiç iz yapmadığı yerler dalgaların birbirini götürdüğü durumlar. Elektron bir dalga gibi davranıyor.

İHTİMALLER

Ünlü Avusturyalı kuantum fizikçisi Erwin Schrodinger elektronun bu dalgaya dönüşmüş hareketini hesaplamak için bir dalga fonksiyonu yazdı. Bu ona 1933’te Nobel Fizik Ödülünü kazandırdı. Bu fonksiyona devrimsel bir boyut katarak ihtimaller dalgası adında yeni bir fonksiyon yaratan fizikçi ise Yahudi olduğu için Almanya’dan kaçmak zorunda olan Max Born’du. (1954 Nobel ödülü aldı.) Yarıktan geçtikten sonra birleşen ve yükselen iki dalganın boylarının toplamı, elektronun orada olma ihtimalini verir. İki dalganın tepesinin kesişip en yükseğe ulaştığı yer hemen yarıkların ortasının arkası. Yani elektronu orada bulma ihtimalimizin en yüksek olduğu yer. Elektron mesela yüzde 50 iki yarığın tam arkasında, yüzde 20 bir sonraki bantlarda, yüzde 10 bir sonraki bantlarda… gibi. Dalgayı ihtimaller demeti olarak düşünebiliriz. Sanki elektronun sabit bir yeri yok, duvarda farklı belirme ihtimalleri olabilecek her yerde! Aynı anda birden fazla yerde, üstelik buna hiçbir yer de dahil!

Elektronun bu durumuna ‘süper pozisyon’ deniyor. Evren, sırlarını saklamakta öyle becerikli ki gerçeğe ulaşabilir miyiz gerçekten?

MADDE FİKİR DEĞİŞTİRİR Mİ?

Parçacık dalgaymış gibi iki yarıktan da geçti. Çünkü deney sonunda duvarda bıraktığı iz buna işaret ediyor. Parçacığın aynı anda iki yerde oluşu fikrini yadırgayan deneyci, hepimizin aklından geçeni yapsa, yani parçacığın yarıktan geçiş anında onu gözlemlemek isterse ne görür? Parçacık hangi yarıktan geçti sahiden?

Deneyde yarığın hemen yanına bir detektör konulduğunda işler değişiyor; şok edici bir durumla karşılaşıyoruz; duvarda iki bantlı iz çıkıyor.

Detektör yokken bir dalga gibi davranan elektron artık bilye gibi davranıyor. Yani tek bir yarığı seçip, tek bir yarıktan geçip, onun arkasında iz bırakıyor. Gözlemci elektronun süper pozisyon halini çökertti! Elektron sanki izlendiğinin farkındaydı. Gözlemci maddenin nasıl davranacağına, dahası dalga halini terk edip yalnızca parçacık gibi hareket etmesine neden oldu, onu ihtimaller demetinden çıkarıp bir konum almaya zorladı. Maddenin gerçek doğasının ne olduğunun gözlemci ile ilgisi ne? Tabi ki madde düşünen bir varlık falan değil. Bunun bilimsel en ufak bir kanıtı yok.

İLGİLİ HABER

Independent/Andrew Griffin – çeviren: Umut Can Yıldız

ındependent /Anthony Cuthbertson 

Independent/ Adam Smith / çeviren: İrem Oral

Selin SEVİNDİREN

Click to comment

Leave a Reply

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

To Top