BİLİM VE TEKNOLOJİ HABERLERİ

Fizik

Kuantum Bilgisayarlara Önemli Yeni Bir Adım Kuantum bilgisayarlar, fizikçilerin olduğu kadar askerlerin de, gizli haberalma servislerinin de rüyası. Nedeni, atomaltı dünyada geçerli olan kuantum mekaniğinin garip kurallarının, en hızlı süperbilgisayarların 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 "l" ya da "O" anahtarları yerine "hem l, hem de O" 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, atomaltı 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 mi 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 karşılık, madde parçacıkları üzerine kaydedilen bilgi, birkaç milisaniye süresince "ayakta kalabilmesine" karşın, 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 dolanıklık 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 bulutlan 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. Dolayısıyla 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. Science, 22 Ekim 2004

Deneyde kullanılan düzenek

Kasım 2004 15 BİLİM ve TEKNİK

BİLİM VE TEKNOLOJİ HABERLERİ

Dünya Uzayı Üzerine Sarıyor İki İtalyan fizikçi, Einstein'ın genel görelilik kuramının kolay gözlenemeyen bir öngörüsünü doğrulayarak Dünya'nın kendi çevresinde dönerken uzay-zamanın dokusunu peşinden sürüklediğini gösterdi. Genel göreliliğin çıkarsınmaları, dönen bir kütlenin, tıpkı ağdalı bir zamk içinde döndürülen bir topun zamkı üzerine sarması ya da uykusunda dönüp duran bir kimsenin çarşafı üzerine dolaması gibi, uzay-zaman dokusunu da peşinden sürükleyeceğini söylüyor. Ancak, bu etkiyi göstermek, kütlenin ışığı büktüğünü göstermekten çok daha güç. Bunu için, ekseni etrafında dönen bir cismin yakındaki jiroskopların yönelimini nasıl değiştirdiğini gözleyebilmek gerekiyor. Lecce Üniversitesi'nden (İtalya) Ignazio Ciufolini ve NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nden Erricos Pavlis, Lense-Thirring etkisi ya da "çerçeve sürüklenmesi" diye adlandırılan olguyu kanıtlamak için basit ama yaratıcı bir yöntem kullanmışlar. Araştırmacılar 1976 ve 1992 yıllarında lazerli uzaklıkölçerlerin geliştirilmesi için yansıtıcı hedef olarak uzaya gönderilen Lageos ve Lageos II adlı pasif uydulardan yararlanmışlar. Bunlar, yarım metre çapında, içleri jiroskoplarla donatılmış, üzerleri yansıtıcı aynalarla kaplı küreler. Lazerler bunların üzerine lazer ışıkları gönderiyor ve ışığın hızı sabit olduğundan, ışığın gönderiliş ve çeşitli yer istasyonlarına yansımasının dönüş süreleri hesaplanarak, uzaklıkları birkaç cm yanılma payıyla belirlenebiliyor. Ciufolini ve Pavlis ilk kez 1998 yılında iki uydunun verilerinden yararlanarak Lense-Thirring etkisini ölçmüşler. Uydular Dünya çevresinde döndükçe, Lense-Thirring etkisinin, bunların yörünge düzlemlerinde küçük değişimlere yol açması

gerekiyor. Ancak, ilk ölçümler "çok kaba" sonuçlar vermiş. Nedeni, Dünya'nm kütlesinin yerküre üzerindeki eşitsiz dağılımının, uydu yörünge düzlemlerinde bu etkiye kıyasla 1000 kez daha büyük değişimler yapması. Uzmanlara göre uzay-zamanm sürüklenme etkisi, bir uydunun yörüngesinde yılda 2 metrelik bir yalpalanmaya yol açarken, kütle dağılımının eşitsizliği nedeniyle meydana gelen yalpa, yılda birkaç bin km'yi buluyor. 1998 yılında Dünya üzerindeki kütle dağılımı fazlaca bilinmediğinden,

Ciufolini ve ekip arkadaşları bazı tartışmalı tahminlerde bulunmuşlar ve sonuçlar, %20 gibi kabulü zor bir hata payıyla açıklanmış. Ancak günümüzde GRACE adlı iki uydudan oluşan dizge, yeryüzündeki kütleçekiminin dağılımını çok duyarlı biçimde belirleyebildiğinden, Lageos verilerine gerekli düzeltmeler uygulandığında, çok daha inandırıcı sonuçlar sağlanmış. Ciufolini ve Pavlis bu kez hata payının %10'a düştüğünü açıklıyorlar ve bir-iki yıl içinde uzaya fırlatılması beklenen Grace-B uydusuyla hata payının %1'e indirilebileceğine inanıyorlar. Asıl istedikleri, yeryüzündeki kütleçekimi düzensizliklerinin etkisini tümüyle ortadan kaldıracak üçüncü bir Lageos uydusunun NASA tarafından fırlatılması. Ancak, fizik topluluğu üçüncü bir Lageos için para bulmanın yol açacağı çarşafa dolanma etkisinin, uzay-zaman dolanmasından çok daha belirgin olacağı görüşünde birleşiyor.

Science, 22 Ekim 2004 NASA Basın Bülteni, 21 Ekim 2004

BİLİMveTEKNlK 16 Kasım 2004