Işınlanmaya az kaldı

* Çinli araştırmacılar, bir fotonu dünyadan 500 kilometre uzaktaki yörüngesinde yol alan bir uyduya ışınlamayı başardılar.

Geçen yıl, Uzun Yürüyüş 2B adlı roket, M.Ö. 391 yılında ölen bir Çinli filozofun adını taşıyan Micius adlı bir uyduyla birlikte Gobi Çölü’ndeki Jiuquan Uydu Fırlatma Merkezi’nden havalanmıştı. Roket, Micius uydusunu Güneşle eşzamanlı bir yörüngeye oturttu; böylece, her gün aynı saatte Dünya üzerindeki aynı noktadan geçmesi sağlandı.

Micius, yerden gönderilen tekli foton parçacıklarının kuantum durumlarını algılayabilen, oldukça hassas bir foton alıcısı. Bu nokta mühimdir; zira bilim adamların, dolaşıklık, şifreleme ve ışınlama gibi çeşitli kuantum becerileri için gereken teknolojik yapı taşlarını test etmelerine olanak sağlıyor.

10 Temmuz günü, Micius ekibi ilk deney bulgularını kamuoyuna sundu. Ekip, uydu ile yeryüzü bağlantılı ilk kuantum ağını oluşturdu ve bu esnada gerçekleşen kuantum dolaşıklığı, en uzun mesafede gerçekleşen aktarım olarak kayıtlara geçti ve bu kuantum ağını, yeryüzünden yörüngeye ilk ışınlama amacıyla kullandılar.

IŞINLANMA KUANTUM DOLAŞIKLIK” YOLUYLA GERÇEKLEŞTİ

Işınlama, günümüzde dünya çapında kuantum optik laboratuvarlarında standart bir işlem haline geldi. İşin tekniği, “kuantum dolaşıklık” adlı bir olguya dayanıyor. Dolaşıklık, foton ve benzeri iki kuantum objenin aynı anda ve uzayın bir noktasında oluştuğu ve bu şekilde varlığını paylaştığı durumlarda meydana gelir. Teknik terimlerle söyleyecek olursak, aynı dalga fonksiyonuyla tanımlanırlar.

Dolaşıklığa dair ilgi çekici olan şey, fotonlar uzun mesafelerle ayrılmış olsa dahi, paylaşılan varlığın devam etmesi durumu. Bu nedenle, yapılacak bir ölçüm, aralarındaki uzaklığın önemi olmaksızın, diğerinin durumuna da etki eder.

Bilim insanları 1990’lı yıllarda, kuantum bilgileri uzaydaki bir noktadan bir başka noktaya iletmek amacıyla bu bağlantıyı kullanabileceklerini anlamışlardı. Araştırmacıların buldukları fikir, bir fotona ilişkin tüm bilgileri “indirip” bir başka yerde bulunan başka bir fotona dolaşıklık bağı yoluyla iletmekti.  Bilgilerin iletildiği ikinci foton, ilkinin kimliğine bürünüyor. Tüm içerik ve davranışlarıyla ilk fotonun aynısı haline geliyor. Işınlamanın doğası bundan ibaret ve bunun uygulaması Dünya’daki farklı laboratuvarlarda birçok defa gerçekleştirildi.Işınlama, daha ileri bir teknoloji zinciri için bir yapı taşı niteliğini taşıyor. Çinli ekip, “Uzun mesafeli ışınlama, büyük ölçekli kuantum ağları ve dağıtılmış kuantum hesaplama gibi protokollerde temel bir unsur olarak kabul edildi,” diyor.

Kuramsal düzlemde, bunun gerçekleşebileceği uzaklığın bir sınırı olmadığı düşünülüyor. Ancak, dolaşıklık kırılgan bir bağlantıdır; zira, fotonlar atmosferdeki veya fiber optik bağlantı dahilindeki madde ile etkileşime girer, bu da dolaşıklığın yok olmasına yol açar. Neticede, bilim insanlarının dolaşıklığı ölçebildiği ya da ışınlanmanın gerçekleştirilebildiği mesafe ciddi biçimde sınırlı. Çinli ekip, “Daha önceki uzak mesafeler arası ışınlama deneyleri, fiber optik ağdaki veya karasal serbest uzay kanallarındaki foton kaybına bağlı olarak, 100 kilometrelik bir mesafe ile sınırlıydı,” diyor.

Şimdi ie Micius her şeyi değiştirecek; çünkü 500 kilometre yükseklikteki yörüngede dönüyor ve bu mesafenin büyük kısmında, yolculuğa çıkan bir foton bir vakum içinden geçiyor. Bu arada, atmosfer mesafesini en aza indirmek isteyen Çin ekibi, Tibet’te bulunan Ngari’de bulunan yer istasyonunu 4 bin metre yükseklikte inşa etti. Bu sebeple, yerden uyduya kat edilen mesafe, ufukta 1.400 kilometre, dikey olarak ise 500 kilometre arasında değişiyor.

Deneyi gerçekleştiren Çinli ekip, dolaşık olan foton çiftlerini saniyede yaklaşık 4 bin oranında üretti. Ardından, bu fotonlardan birini, her gece geceyarısında üstlerinden geçen uyduya yolladılar. Diğer fotonuysa yerde tuttular.

FİZİK TARİHİNDE DEV BİR ADIM

Neticede, yerdeki ve yörüngedeki fotonları dolaşıklığın oluştuğunu teyit etmek amacıyla ölçtüler ve bu yolla fotonların ışınlanmış olduğunu doğruladılar. Geçen otuz iki günün sonunda, uyduya milyonlarca foton yolladılar ve 911 fotonda olumlu sonuca ulaştılar. Çin ekibi, “Bağımsız tek foton kbit'lerin (bilgi parçalarının), yerdeki bir gözlemevinden düşük bir yörünge bulunan uyduya dikey bağlantı kanalıyla ilk kuantum ışınlanmasının (1400 km'ye kadar ulaşacak biçimde) gerçekleştiğini bildirdik,” diyor.

Bu, herhangi bir cismin Dünya’dan yörüngeye ışınlandığı ilk andır ve dolaşıklık konusundaki en uzun mesafeli aktarım olarak kayıtlara geçmiştir.

Gelecekte çok daha iddialı hedeflere ulaşma konusunda ufkumuzu genişleten etkileyici bir çalışma. Ekip, “Bu çalışma, küresel ölçekte bir kuantum internet şebekesi yolunda önemli bir adım olan tutarlı ve ultra-uzun mesafeli kuantum ışınlama amaçlı, yerden sağlanan ilk uydu bağlantısı anlamına geliyor,” diye özetliyor.

Bu deney, aynı zamanda, Çin’in belirgin bilimsel gücünü gösteriyor ve son yıllara dek Avrupa hakimiyeti altında olan ve ABD ile Micius’a ilham veren bir alana yöneliyor. Elbette şimdi önümüzdeki önemli soru şudur; Batı buna nasıl tepki verecek?

* Makalenin aslı MIT Üniversitesi'nin Technology Review sitesinde yayınlanmıştır (Çeviren: Tarkan Tufan)