Kuantum

Klasik fizik konusuyla ilgili eğitimime lise ikinci sınıfta edebiyat bölümüne geçiş yaptığım için veda ettim. Lise birinci sınıfta o ders konularını geçebilmek için hem özel ders öğretmenim vardı hem de geceleri babamla oturup çalışırdım. Sınıfı geçtikten sonra, hatta bugün bile sevgili Fizik öğretmenim Haluk Örsten’in sözlüde bana sorduğu hız sorusunu takır takır çözme halim hala aklımdadır. Derste anlayamadıklarımı hayata geçirmemi sağlayan babam da çok mutlu olmuştur. Aynı durum matematik dersi için de böyleydi ama dört buçuktan beş ile geçerdim genellikle. Sevmezdim bu dersleri. Büyüdükçe, geliştikçe, yaş aldıkça, her tecrübemde, hayatın içinde fiziğin de matematiğin de ne kadar önemli olduğunun farkına vardım. Bu sefer gerçekten kendi isteğimle öğrenmek istemeye başladım. Bilimsel konulara yönelik ilgim artarken, aslında sosyal konuların da ne kadar içinde olduklarını daha iyi anladım. Yıllar önce “Çatışma Yönetimi” adlı bir eğitim semineri hazırlarken yine babamdan “”insanlar duygu kütleleridir” diyen önemli bir destek almıştım. Fizik biliminin sosyolojinin başlatıcısı olma prensibinden hareketle, eğitimin girişine Isaac Newton’un hareket yasalarını inceleyerek çatışmaları açıklamıştım. Böyle düşünmeme yardımcı olan babam sayesinde sevdim belki de fiziği.

2025 Nobel Fizik Ödülü ile ilgili okuduğum bir yazıdan hareketle, bir süredir inceleme yapıyorum. Anlamaya çalışırken, sevgili asistanım GPT çok yardımcı oldu. Klasik fiziğin ötesinde, atom parçacıklarıyla ilgili tünelleme denildiğinde açıkçası bana hiç bir şey anlatmıyordu. Daha iyi anlamak için de yazmaya karar verdim.

Görsel 1:

Kuantum Fiziği ile ilgili GPT’ye sorduğum soru şu oldu (okuduğum yerden aynen kopyalayıp yapıştırdım): Kayal boşluk merkezlerinin (NV) elmas dalga rehberlerine entegrasyonu ve tutarlı tek foton neslini, iki foton müdahalesini ve optik geçişin tutarlı kontrolünü ispat edince – ne elde etmiş olunuyor?

Asistanım GPT sağolsun bana hemen bilgi aktarmaya başladı. Elmasın kristal yapısında bir karbon atomunun yerine geçen azot atomu ve yanında bir boşluk (eksik karbon atomu) içeren bir kusurla ilgili bir bilgiden bahsetti. Bu kısma “kayal boşluk merkezi” deniyormuş. Kayal boşluk merkezlerinin elmas dalga rehberlerine entegrasyonu ve tutarlı optik kontrolün gösterilmesi, kuantum ışık kaynağı + kuantum bellek + fotonik devre entegrasyonunu kanıtlarmış. Bu, ölçeklenebilir kuantum ağlarının ve optik kuantum bilgisayarların önünü açan bir temel başarıymış.

Bir nebze anlamaya başladım, kronolojisini istedim. Upuzun bir liste, inanılır gibi değil. İlk görsel biraz daha açıklayıcı olmaya başladı. Mevcut kullanım alanları ile ilgili bağlantıyı kurmaya başladım. Mesela, IBM, Google, Rigetti gibi kuruluşlar, elektrik devrelerinde mikrodalga sinyalleriyle süper iletken halkalarla nano saniye düzeyinde son derece hızlı işlem yapabiliyorlardı. IonQ, Honeywell gibi kuruluşlar, vakumda elektrik alanla tutulan tekil iyonlar (atomlar) hassas laboratuvar deneylerinde ve doğruluk odaklı hesaplama prototiplerinde kullanılıyordu. En az hata oranına sahip bu sisteme Tuzaklanmış İyon Kübitleri deniyordu. Ancak dezavantajları ya aşırı ısınmaları ya da son derece yavaş işlem yapmalarıydı. Kayal Boşluk Merkezleri (Elmas NV Merkezleri) ise, optik kuantum dünyasının taş kalpli kahramanları olarak adlandırılıyormuş. Elmas kristalinin yapısında azot atomu ve bir boşluk (kusur) oluyormuş.

Kıyaslamalı bir tabloya ulaştım sonra:

Görsel 2:

Özellik / Sistem	Süperiletken Kübitler	Tuzaklanmış İyonlar	Elmas NV Merkezleri
Çalışma sıcaklığı	-273°C civarı	Vakum, soğuk ortam	Oda sıcaklığı (büyük avantaj)
İşlem hızı	Çok hızlı	Yavaş	Orta
Hata oranı	Orta	Çok düşük	Düşük (optik kontrolle daha iyi)
Taşınabilirlik	Zor	Zor	Kolay
Fotonik entegrasyon	Zayıf	Orta	Mükemmel
Kullanım yönü	Kuantum bilgisayar çekirdeği	Yüksek doğruluklu hesaplama	Kuantum ağlar, sensörler

Bu bilimsel gelişmeler ile günümüzde geldiğimiz nokta, elmasın içindeki küçük bir kusurun kuantum bilgi taşıyıcısına dönmesidir. Bu sayede, kuantum bellek, kuantum sensör ve kuantum fotonik ağ bileşeni bir arada düşünülmektedir. Nobel Fizik Ödülünü alan Clarke, Devoret ve Martinis, bu ödülü almaya “Kuantum Tünelleme” çalışmaları ile hak kazanmışlardır.

Peki bu gelişmeler insan hayatına nasıl yansıyor, yansıyacak?

Sağlık :

• Hastalıkların çok erken teşhisi mümkün olabilir. Nv merkezli sensörlerle tek hücre düzeyinde manyetik alan ölçümleri yapılabiliyor. Bu, MR yani manyetik rezonansı rafa kaldırıyor olacak.

• İlaç endüstrisinde, moleküler düzeyde gözlemleme sayesinde ilaç-hücre etkileşimi gerçek zamanlı izlenebilir olacak.

• Kuantum sensörleri, sinir ağlarının manyetik alanını doğrudan okumaya yaklaştığı için beyin haritalama mümkün olacak gibi görünüyor.

Enerji ve Teknoloji :

• Kuantum piller ile tünelleme ve süper pozisyon sayesinde, enerji depolama verimliliği klasik pillerden çok daha yüksek olacak.

• Kuantum iletim ve bilgisayarlar: Veri, neredeyse sıfır enerjiyle ve hatasız işlenecek. Bu, büyük veri analizi, yapay zekâ ve iklim modellemede devrim anlamına geliyor.

• Daha güçlü, daha hafif ve kendi kendini onaran kuantum malzemeler geliştirilecek.

Bilgi Güvenliği ve İletişim:

• Kuantum internet: Veriler “dolanıklık” sayesinde kopyalanamaz biçimde taşınacak.

• Mutlak güvenli haberleşme: Bir veriye dışarıdan erişim girişimi fiziksel olarak izlenebilir hâle gelecek.

• Yeni diplomasi ve ekonomi modelleri: Veri güvenliği ülkelerin stratejik gücünü belirleyecek.

Özetle, atom altı dünyadaki bu ilerlemeler, büyük resme baktığımda, anladığım kadarıyla, daha güvenli ve hassas ve daha hızlı bir dünyaya dönüşmekte olduğumuzu ya da olacağımızı anlatıyor. Özellikle sağlıkta, iletişimde ve enerjide önemli bir dönüşüm bu. Keşke sadece böyle dönüşümlere odaklanabilsek diye geçiriyorum içimden. Ne siyaset olsa ne politikacı, ne partiler, ne butlan ne de her günümüzü zehreden gündem haberleri… Öğrenme ve anlama hevesimle yazarken belki de kendi elmasımın kusurunun tünelinden geçmeye çalışıyorumdur…

Yazıdaki bilimsel açıklamaları es geçmek isteyenler için özet bir görsel de var aslında:

Görsel 3:

Sevgiyle,

Candan