“Beam me up”, (Işınla beni) Star Trek serisinin en ünlü repliklerinden biridir. Dizideki karakterlerin uzak bir konumdan Starship Enterprise’a ışınlanmak istediğinde verdiği komuttur.
İnsan teleportasyonu sadece bilimkurguda mevcut olsa da, kuantum mekaniğinin atom altı dünyasında teleportasyon mümkündür. Kuantum dünyasında ışınlanma, maddenin taşınması yerine bilginin taşınmasını içerir.
Geçen yıl bilim insanları; fotonlar fiziksel olarak bağlı olmasalar bile bilginin bilgisayar çiplerindeki fotonlar arasında aktarılabileceğini doğruladılar.
Rochester Üniversitesi ve Purdue Üniversitesi’nden yapılan son araştırmaya göre ise; elektronlar arasında ışınlanma da mümkün olabilir.
Nature Communications’da yayınlanan ve Physical Review X’de yayınlanacak olan bir makalede, Rochester’da Fizik Profesörü Yardımcısı John Nichol ve Fizik Profesörü Andrew Jordan da dahil olmak üzere araştırmacılar, (uzak elektronlar arasındaki etkileşimlerle) kuantum-mekanik yaratmanın yeni yollarını araştırıyorlar. Araştırma; daha hızlı ve daha verimli işlemciler ve sensörler sağlayarak teknoloji, tıp ve bilimde devrim yapma potansiyeline sahip olan kuantum bilişimin geliştirilmesinde önemli bir adımdır.
‘Uzaktan Ürkütücü Eylem’
Kuantum ışınlanma; Albert Einstein’ın “uzaktan ürkütücü eylem” (kuantum dolaşıklığı olarak da bilinir) olarak adlandırdığı şeyin bir gösterisidir. Kuantum fiziğinin temel kavramlarından biri olan dolaşıklıkta; bir parçacığın özellikleri, parçacıklar geniş bir mesafe ile ayrılsa bile, parçacığın özelliklerini etkiler. Kuantum ışınlanma; üçüncü bir parçacığın durumunun, durumunu iki dolaşmış parçacığa anında “ışınladığı” iki uzak, dolaşmış parçacığı içerir.
Kuantum ışınlanma; kuantum hesaplamada bilgi aktarımı için önemli bir araçtır. Tipik bir bilgisayar, bit adı verilen milyarlarca transistörden oluşurken, kuantum bilgisayarlar bilgileri kuantum bitleri veya kubitler olarak kodlar. Bir bit, “0” veya “1” olabilen tek bir ikili değere sahiptir, ancak kubitler aynı anda hem “0” hem de “1” olabilir. Bireysel kubitlerin aynı anda birden fazla durumu işgal edebilmesi, kuantum bilgisayarların büyük potansiyel gücünün temelini oluşturur.
Bilim insanları son çalışmalarında uzaktan dolaşık çiftler oluşturmak için elektromanyetik fotonlar kullanarak kuantum ışınlanma gösterdiler.
Bununla birlikte, tek tek elektronlardan yapılan kubitler de yarı iletkenlerde bilgi iletimi için umut vericidir.
Araştırmacı Nichol: “Bireysel elektronlar birbirleriyle çok kolay etkileşime girdikleri için kubit vaat ediyor ve yarı iletkenlerdeki bireysel elektron kubitleri de ölçeklenebilir. Elektronlar arasında uzun mesafeli etkileşimler oluşturmak, kuantum hesaplama için çok önemlidir.”
Teleportasyon için gerekli olan uzun mesafeleri kapsayan dolaşmış elektron kubit çiftleri oluşturmak zor olsa da; fotonlar uzun mesafelerde doğal olarak yayılırken, elektronlar genellikle tek bir yerle sınırlıdır.
Dolaşmış Çift Elektron
Araştırmacılar, elektronları kullanarak kuantum ışınlanmayı göstermek için, Heisenberg Değişim Kuplajı’nın prensiplerine dayanan yakın zamanda geliştirilen bir teknik kullanmışlardır. Tek bir elektron; kuzey kutbu ve yukarı veya aşağı işaret edebilen bir güney kutbu olan bir çubuk mıknatıs gibidir. Kutubun yönü (örneğin kuzey kutbu yukarı veya aşağı dönük olduğunda) elektronun manyetik momenti veya kuantum dönüş durumu olarak bilinir. Bazı parçacık türleri aynı manyetik momente sahipse, aynı anda aynı yerde olamazlar. Yani, aynı kuantum haldeki iki elektron birbirinin üzerine oturamaz. Eğer olursa, yapıları zaman içinde ileri geri değişecekti.
Araştırmacılar tekniği dolaşmış çift elektronları dağıtmak ve spin durumlarını ışınlamak için kullandılar.
Sonuçlar, sadece fotonları değil, tüm maddenin spin durumlarını içeren kuantum ışınlanma üzerine gelecekteki araştırmaların yolunu açıyor ve kubit yarı iletkenlerdeki bireysel elektronların şaşırtıcı derecede yararlı yetenekleri için daha fazla kanıt sağlıyor.
