Kuantum fiziğini anlamak da, anlatmak da zor. Hindistan ve Japonya’dan iki bilim insanı, kuantum fiziğinin en büyük bulmacalarından birini çözmeye karar verdiler: Bir kuantum sistemini değiştirmeden ölçmek mümkün mü?
Hiroşima Üniversitesinden Prof. Holger F. Hofmann ve Hindistan Bombay Teknoloji Enstitüsünden Kartik Patekar, geçtiğimiz ay yayınlanan makalede, bir kuantum sistemini gözlemleyerek elde edilmiş bilgiyi, sistemin kendinden uzak bir yerde okuyarak, sistemin durumunu –analiz yöntemine bağlı olarak- belirleyebileceklerini ortaya koydular. Analiz, kuantum sistemden tamamen uzaklaştırılmış olmasına karşın, kuantum verilerini dikkatli okuyarak muhtemel sonuçların başlangıçtaki üstdüşümüne geri dönmek mümkün.
“Normalde bir nesneyi bulmak için onu ararız. Ama bu durumda aramak, aradığımız nesneyi değiştiriyor. İşte kuantum mekaniği ile ilgili sorunumuz da bu. Bunu açıklamak için karmaşık matematik hesaplar kullanılabilir, ancak matematik gerçekte olanı açıklamaya yetiyor mu? Bir şeyi ölçtüğünüzde bir ödün verirsiniz; ölçmediğiniz durumlardaki olasılıklar yok olur. Yani etkileşim olmadan hiçbir şeyi anlayamazsınız, bu yüzden bedeli daha en başında ödüyoruz” diyor Hofmann.
Patekar, lisans yıllarında Hiroshima Üniversitesinde geçirdiği uzun dönemde Hoffman ile birlikte bir sistemi “bedel ödemeden”, yani sistemin üstdüşümünü koruyarak (sistemin tüm kuantum durumlarında kalmasını sağlayarak) ölçmenin yollarını araştırmışlardı. Sonuçları daha iyi anlatabilmek için Hoffman, bulguları en tanıdık kuantum hikayesi olan Schrödinger’in kedisi ile açıklıyor:
“Schrödinger’in kedisi bir kutuda ve bilim insanları onun canlı mı, ölü mü olduğunu bilmiyorlar. Kutunun dışına yerleştirilmiş bir kamera, kutunun içine bakıyor. Çekilen fotoğraf, kediyi bulanık gösteriyor; yani bir kedi olduğu açıkça belli; ancak canlı olup olmadığı belirsiz. Kameranın flaşı bile kedinin üstdüşümünü sabitlediği için “kuantum etiketini” ortadan kaldırıyor. Artık kedinin kaderi fotoğrafla birlikte yazılmış durumda; yani fotoğrafı işleme yöntemimiz, kedinin durumunu belirleyecek.
Fotoğrafı kutudan çıkarıp bilgisayarda ya da karanlık odada işlemeyi seçebiliriz. İşlemek için kullandığımız yönteme bağlı olarak; ya kedinin canlı mı, ölü mü olduğuna karar verebiliriz, ya da flaşın kediye ne yaptığını öğrenerek “kuantum etiketini” geri takabiliriz. Bu seçim, kedi hakkında ne bildiğimizi belirler. Fotoğrafı karanlık odada işleyip ölü olup olmadığını bilebilir, veya bilgisayarda görüntüleyerek fotoğrafı çekerken kaldırdığımız “kuantum etiketini” geri takabiliriz; ama ikisini birden yapamayız”.
Bu, kuantum mekaniğini anlamak yolunda atılmış adımlardan sadece biri. Günümüzde gerçek anlamda uygulaması, özel olarak üretilmiş kuantum bilgisayarlar dışında yapılamıyor ancak bazı özellikler, son derece kesin hesaplamalar veya şifreli iletişim için kullanılabiliyor.
“Bu da araştırmamın önemli bir bölümü. Kuantum denen tuhaflığın sebebini gerçekten anlamak istedim. Ölçümlere odaklandım çünkü tuhaflık zaten buradan geliyor” diyor Hofmann.