Güneş Işığıyla Kuantum Dolanıklık Üretmek Artık Mümkün

Bilim kurgu gibi geliyor ama tamamen gerçek: araştırmacılar, Einstein'ın ünlü sözüyle "hayalet gibi uzaktan etki" dediği kuantum dolanıklığı oluşturmak için sıradan güneş ışığını kullanmanın yolunu bulmuş.

Şimdiye kadar kuantum dolanıklığından yararlanmak istiyorsanız—mesela ultra güvenli iletişim veya güçlü bilgisayarlar için—lazerdan başka çareniz yoktu. Hepsinden önemlisi, lazerler ciddi enerji gerektiriyor. Kuantum teknolojileri büyüdükçe, bu elektrik tüketimi gerçek bir sorun haline gelmeye başladı.

Ama işler artık değişiyor.

Ottawa Üniversitesi ve Max Planck Enstitüsü'nden bir ekip, güneş ışığının—evet, tam da şu anda teninizi ısıtan ışığın—bu işi yapabileceğini gösteren bir araştırma yayımladı. Üstelik hafife alarak değil. Ürettikleri dolanıklık, mükemmel bir şekilde dolanık durumun yaklaşık %94'ü kadar güçlüydü. Bu oldukça etkileyici.

Kuantum Dolanıklık Nedir, Neden Önemli?

Basitçe anlatayım. Diyelim ki iki parçacığınız var—ışık parçacıkları yani fotonlar. Bu ikisi dolanık olduğunda, evrenin normalde nasıl işlediğiyle bağdaşmayan bir bağ kuruyorlar.

Bir fotonu ölçtüğünüzde, aralarındaki mesafe ne olursa olsun, diğeri hakkında anında bilgi sahibi oluyorsunuz. Birini değiştirdiğinizde, diğeri buna tepki veriyor. Sanki ikiz parçacıklar gibi—biri Mars'ta, diğeri bahçenizde olsa bile birbirlerinin ne yaptığını biliyorlar.

Bu sadece ilginç bir olay değil. Dolanıklık, kuantum bilgisayarların, kırılamaz şifrelemenin ve bugünün en iyi teknolojisini çocuk oyuncağı görecek hassasiyetteki sensörlerin temeli.

Sorun Ne?

Fizikçiler her zaman dolanıklık oluşturmak için çok belirli, düzenli ışığa ihtiyacınız olduğunu varsaydı. Lazerler "koherent" ışık üretir; yani tüm ışık dalgaları kusursuz uyum içinde hareket eder. Askeri bir geçit törenini düşünün—her asker tam olarak yerinde.

Güneş ışığıysa tam bir kaos. Her renk, her yön, kendi başına buyruk davranış. Bilim insanları bu düzensizliğin dolanıklığı imkansız kılacağını düşündü.

Ama bilimde önemli keşiflerin bazen o "apaçık" varsayımları sorgulamaktan geldiğini unutmayalım.

O Aydınlatıcı Fikir

Birkaç yıl önce Ottawa Üniversitesi'ndeki araştırmacılar LED'lerle—koherent olmayan sıradan ışık ampulleriyle—oynamaya başladı. Beklenmedik bir şekilde, bu düzensiz ışık kaynaklarının da dolanıklık oluşturabildiğini gördüler. Işık bazı açılardan düzensiz olsa bile, parçacıkların başka açılardan dolanık olabildiği ortaya çıktı.

Bu bir tohum ekti. Ya bu ilkeyi LED'den çok daha düzensiz bir şeyle—güneş ışığıyla—test edebilseydik?

Güneş Işığını Nasıl Kullandılar?

Zorluk büyüktü. Güneş ışığı dağınık ve yönsüz. Dolanıklık oluşturmak için onu yaklaşık bir milimetrelik küçücük bir kristale odaklamanız gerekiyordu. Bu, bir hortumun gün ışığndan yapılmış gibi göründüğü bir şeyle bir ölçü kabını doldurmaya çalışmak gibiydi.

Çözüm Max Planck Enstitüsü'nden araştırmacılardan geldi. İçinden geçen ışığı bir optik fiber'e—bir insan saçı kalınlığında—kanalize eden, hepsi camdan yapılmışingeniyal bir güneş yoğunlaştırıcı tasarladılar. Bir deniz fenerinde gördüğünüze benzer Fresnel lens kullanarak, bir pencere büyüklüğündeki alanla güneş ışığını topluyor ve koni şeklinde bir sistemle o incecik kristale gönderiyorlar.

Bu düzenekle, yoğunlaştırılmış güneş ışığını o küçük kristale yönlendirip kuantum sihrini izleyebiliyorlar.

Asıl Zeka

Araştırmanın en zeki kısmı şu: ekip önemli bir şeyi fark etti. Güneş ışığı renkler ve yönler açısından düzensiz olsa bile, tek bir özellikte—polarizasyonda, yani ışık dalgalarının salınım yönünde—hâlâ dolanıklık üretebiliyordu.

Kurulumlarını sadece polarizasyonun önemli olduğu şekilde tasarlayarak, diğer tüm düzensizlikleri görmezden gelebildiler. Güneş ışığı her açıdan kaotik olabilirdi ve yine de çalışıyordu.

Şöyle düşünün: "Tamam, orkestra tamamen akort dışı çalıyor ve yarısı farklı notalar okuyor—ama davullar doğru zamanda vuruyorsa, işimize yarar."

Neden Önemli?

Peki güneş ışığıyla dolanıklık üretilebiliyor. Sizi neden ilgilendirmeli?

Öncelikle uyduları düşünün. Şu an bir uydunun güvenli kuantum şifreleme anahtarları üretmesini istiyorsanız, içine lazerler ve tüm destek ekipmanları sıkıştırmanız gerekiyor. Bu ağır, pahalı ve enerji aç.

Güneş ışığıyla çalışan dolanıklık sayesinde, uydu aynı anahtarları bol güneş enerjisiyle üretebilir. Daha az donanım, daha az ağırlık, uzaydaki sert koşullarda daha az arıza riski.

Ama asıl heyecan verici olan büyük resim. Kuantum bilgisayarlar inanılmaz vaatlerle dolu ama ölçeklendirmek karmaşıklık ve enerji talebi kabusuyla dolu. Güneş ışığı dolanıklık üretimine katkıda bulunabilirse, bir kasabanın elektrik altyapısı gerektirmeyen kuantum teknolojilerine giden bir yol görebiliriz.

Daha erişilebilir. Daha sürdürülebilir. Daha çok olasılık.

Son Söz

Bu araştırmada beni en çok etkileyen şey teknik başarı değil, arkasındaki düşünce biçimi. Birisi herkesin tek çözüm olduğunu varsaydığı bir soruna baktı ve "Ya değilse?" diye sordu.

Bilim böyle ilerler. Her zaman söyleneni kabul etmekle değil, varsayımları test etmekle, sınırları zorlamakla ve bazen "imkansız"ın aslında oldukça yapılabilir olduğunu keşfetmekle.

Bir dahaki sefere güneşlenirken şunu düşünün: yüzünüze çarpan aynı ışık, bir gün kuantum bilgisayarlara güç vermeye, küresel iletişimi güvence altına almaya veya henüz hayal bile etmediğimiz şekillerde kuantum fiziğinin sırlarını araştırmaya yardımcı olabilir.

4,6 milyar yıldır var olan bir şey için fena değil.