Geleceğe Yaklaşmak: Kuantum Işınlama

Bilim kurgu filmlerindeki ışınlanma sahnelerinde hepimiz bunun hayalini kurmuşuzdur: Işınlanabilsek ne kadar da rahat olurdu! Teknoloji hızla gelişmeye devam ederken önceden hayal olan birçok şey şu an bizler için oldukça normal bir konumda görülmeye başlandı. Ancak ışınlanma gibi büyük hayalleri şu an düşünemiyoruz bile.

Artık belki de bunun da hayalini kurmalıyız! Aslında bundan uzun zaman önce, 1997 yılında Sandu Popescu ve Anton Zeilinger’in önderliğinde iki çalışma grubu tarafından deneysel olarak ‘kuantum ışınlama’ tespit edildi. Bu heyecan verici gelişmeyi anlayabilmek için daha yakından bakalım.

1. Nedir? Ne Değildir?

Işınlanma kelimesini duyduğumuzda aklımızda istediğimiz yere anında ulaşmak canlanır. Ancak olaylar şu anlık biraz daha farklı denebilir.

Temel olarak kuantum ışınlama, kuantum bilgisinin aktarılması için kullanılan bir tekniktir. Yani aslında sadece bilgiyi hareket ettirmektir denebilir. Deneylerde fotonlar, atomlar ve elektronların bilgi içeriği ışınlanmıştır. Heyecan verici olan yenilik ise, ışınlamanın en uzun mesafesi olan 1400 kilometre öteye ışınlama yapılabilmiştir.

‘Bilgiyi ışınlama’ kavramı biraz kafa karıştırıcı gibi görünüyor. Aslında oldukça sade bir mekanizması var denebilir. İhtiyacımız olan tek şey basit iki kavrama yüzeysel olarak göz gezdirmek.

2. Kısa Bir Bakış

Kuantum teorisi çok basit bir bilgi birimi olan iki durumlu sistem (two-state system) ile çalışır. Daha önce kuantum programlama ilgili yazdığım yazıda bu sistemden kısaca bahsetmiştim ( yazıya buradan ulaşabilirsiniz. ). Klasik bitler yalnızca 0 ya da 1 değerlerini alabilirler. Ancak ‘iki durumlu sistem’ sayesinde kübitler hem 0 hem de 1 olarak ölçülebilirler. Bu sistemin amacı bilgiyi kaybetmeden bir konumdan diğer konuma taşımaktır. Yani bilginin iki durumda da olma olasılığı bulunmaktadır.

İkinci olarak bakmamız gereken nokta ise dolaşıklık (entanglement) kavramı. Kuantum dolaşıklığı, iki (veya daha fazla) nesne arasındaki, durumlarının her birinin diğerinin durumuna bağlı olacağı bir kuantum ilişkisidir. İki parçacık ele alalım: Eğer bir parçacığı hareket ettirirsek diğer parçacık da onunla birlikte, neredeyse benzer bir bilgi ile hareket edecektir. Bu iki parçacık arasındaki ilişki ışık hızından bile hızlı bir şekilde gerçekleşecektir denebilir. Ayrıca eğer iki parçacık dolaşık ise aralarındaki mesafenin önemi olmayacaktır. Aralarında yüzlerce ışık yılı uzaklık olsa bile yine de birbirlerinden etkileneceklerdir.

Bu iki sistemle birlikte ışınlanmanın nasıl gerçekleştiği neredeyse belli. Gönderen elindeki kübitteki parçacığı (bilgiyi) hazırladıktan sonra dolaşık parçacıklar sayesinde iki durumu birleştirerek diğer kuantum durumunda bir değişiklik sağlayabilecektir.

3. Kullanım Alanları

Şu an yaygın olarak kullanılamasa da bu alanda oldukça önemli birkaç adım atıldı. Özellikle 2016 yılında, Çin’de fiber ağ kullanarak iletişimde kuantum ışınlaması gerçekleştirildi. 2017 yılında bu iletişim ağının birçok alanda kullanılması için inşa çalışmalarına başlandı. Bu gelişme uluslararası kuantum ağının oluşturulması için en büyük adımlarda biridir ve gelecek için umut verici bir haber olduğu söylenebilir.

Ayrıca 2019 yılında IBM tarafından kuantum ışınlanma kullanılarak endüstriyel sınıf sistemi oluşturuldu. Bu adım da kuantum teknolojisinin laboratuvardan çıkması için oldukça büyük bir adımdır.

Kuantum programlama ve ışınlama üzerine ayrıntılı ve teknik bilgi almak için Qiskit sitesine buradan ulaşabilirsiniz.

Kaynaklar: