Kuantum Işınlama ile Işıktan Hızlı İletişim Mümkün mü?

Kuantum ışınlama 20 yaşında. Peki kuantum ışınlama ile iki gezegen arasında ışıktan hızlı iletişim kurmak mümkün mü? Ne de olsa ışınlama iki parçacığın dolanıklığa sokulması ve birbirini uzaktan anında etkilemesiyle gerçekleştiriliyor. Işıktan hızlı iletişimin mümkün olup olmadığını görelim.

Her şey geçen hafta başladı

Geçen hafta Bilgi Üniversitesi’nden bir öğrencim “Hocam, kuantum ışınlama ile ışıktan hızlı iletişim mümkün mü” diye sordu. Doğrusu kuantum fiziğindeki dolanıklık durumu ve uzaktan etkiyi kuantum bilgisayar yazılarımda anlatmıştım. Ancak, ışıktan hızlı iletişime doğrudan değinmediğimi fark ettim.

Kuantum ışınlama ile ışıktan hızlı iletişim mümkün değil; ama bu yüzden hayal kırıklığına uğramayın. Işıktan hızlı iletişim mümkün olsaydı sonuçlar nedenlerden önce gelirdi. Örneğin, siz daha lambayı yakmadan lamba yanardı. Bu da paradokslara yol açardı.

Bu açıdan ışıktan yavaş iletişim candır. Ancak, ışıktan hızlı iletişimin neden imkansız olduğunu bilmeniz daha iyi; çünkü kuantum fiziğini daha iyi anlayacaksınız.

İlgili yazı: IOTA: Kriptopara Nesnelerin İnternetiyle Birleşiyor

 

Işıktan hızlı mı?

Kuantum fiziğinde dolanık iki parçacık (örneğin iki foton) birbirini anında etkiliyor. Öyle ki masanızdan seken ve gözünüze ulaşan foton, 10 milyar ışık yılı uzaktaki bir galakside bulunan başka bir fotonla dolanık ise onu da anında etkileyebilir.

İki foton arasındaki etkileşimin anında gerçekleşmesine uzaktan etki diyoruz. Oysa dolanıklık ışık hızında gerçekleşseydi 10 milyar ışık yılı uzaktaki galaksiden yola çıkan fotonlar da bize ancak 10 milyar yılda ulaşacaktı. Bu yüzden iki foton birbirini anında etkilemeyecekti.

Demek ki kuantum fiziğinde sebebini bir türlü çözemediğimiz dolanıklık olgusu ışıktan hızlı iletişime izin vermiyor. Neden derseniz:

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Alice harikalar diyarında

Sorunun cevabını bulmak için Alice ve Bob ile bir deney yapalım ve bunların eline birbiriyle dolanık olan birer parçacık verelim (fizikçiler deneylerinde bu isimleri kullanmayı seviyor 🙂 ). Ayrıca bu parçacıkları iki kuantum durumunda ölçebileceğimizi de varsayalım. Mesela biri 1 iken, diğeri 0 olsun.

Deney için fotonları kullanırsak dolanık parçacıklar görünüşte küçük bir mucize gerçekleştirecektir: New York’ta oturan Bob elindeki fotonu 1 olarak ölçerse Los Angeles’ta yaşayan Alice’in de elindeki fotonu 1 olarak ölçmesi gerekir (buna Alice kuantum harikalar diyarında diyebiliriz 😉 ).

Bu da görünüşte evrenin uzak köşelerine anında mesaj göndermemizi sağlayabilir. Hani Cem Yılmaz evrene mesaj yazıp gönderdim diyenleri tiye alıyordu ya; “Evren çok büyük ve sen dileğine cevap alana kadar yaşlanırsın” diyordu. İşte ışıktan hızlı iletişim mümkün olsaydı bu sorunu çözerdik.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Işıktan hızlı iletişim

Bir parçacığı dolanıklıkla uzaktan etkilemek ile o parçacığı anında mesaj göndermek için kullanmak farklı şeyler. Öyle ki ışıktan hızlı iletişim derken, sadece anında mesaj göndermekten değil, aynı zamanda karşıdaki parçacıktan anında mesaj almaktan söz ediyoruz.

Bunun için başka bir güneş sisteminin çevresinde dönen öte gezegenlere uzay aracı gönderebiliriz. Uzay aracı da yanında Dünya’daki bir fotonla dolanık olan eş foton taşıyor olabilir. Bu durumda, uzay aracımız Dünya benzeri yaşanabilir gezegen bulduğunda bize anında haber vermek isteyecektir.

Mesela Dünya benzeri gezegen görürseniz fotonu öyle bir ölçersiniz ki kuantum durumu 1 olur. Görmezseniz de kuantum durumunu -1 olacak şekilde ölçersiniz.

İşte yıllardır sözde kişisel gelişim kitaplıklarını süsleyen bütün o New Age türevi parapsikoloji, ESP ve telepatik enerji kitapları bu olgunun yanlış anlaşılmasından ortaya çıktı. Keşke bu kitapların yazarları fiziği doğru okusalardı; o zaman okurlara da doğru bilgi verebilirlerdi.

Kuantum fiziği bir yana, siz de insan uygarlığında yanlış anlamalar tarihi konusuna ilgi duyuyorsanız David Kaiser’in Hippiler Fiziği Nasıl Kurtardı kitabını okuyabilirsiniz. Ancak kuantum ışınlama konusuna geri dönecek olursak:

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Işıktan hızlı etkileşim

Uzay gemisiyle Dünya benzeri gezegen arayan Bob, elindeki fotonu istediği zaman 1 ve istediği zaman -1 durumu verecek şekilde ölçebilseydi ışıktan hızlı iletişim kurabilirdi; ama bunu yapamazsınız.

Sebebi de iki parçacığı dolanıklığa sokmak için önce bunları süperpozisyon durumuna getirmek zorunda olmanız. Süperpozisyon durumundaki fotonlar dış uzaydan tümüyle yalıtıldığı için 1 veya -1 gibi kuantum durumlarından birine henüz geçmemiştir.

Bunlara Heisenberg’in belirsizlik ilkesi nedeniyle kararsız fotonlar da diyebiliriz. Dış dünya ile fiziksel etkileşim yokluğunda hangi duruma geçeceğine henüz karar vermedikleri için her iki durumda birden bulunurlar (hem +1 hem -1 süperpozisyon durumunda).

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Süperpozisyon ve belirsizlik

Kuantum fiziğinde süperpozisyon ışıktan hızlı iletişimi önlüyor; çünkü Heisenberg’in belirsizlik ilkesi, tıpkı Boltzman’ın termodinamik yasalarında olduğu gibi, kuantum fiziğini kesin ölçümler yerine istatistik yasalarına dönüştürüyor.

Nitekim Bob, Dünya benzeri gezegen yörüngesindeki gemisinde duran fotonu +1 olarak ölçülmeye zorlasa bile, Dünya’daki Alice’in elinde bulunan ve Bob’un parçacığıyla dolanık olan fotonun +1 olarak ölçülme şansı sadece yüzde 50’dir.

Kısacası Bob +1 ölçümünü yapsa da (Dünya benzeri gezegen var) Alice’in fotonu -1 gelebilir (Dünya benzeri gezegen yok). O zaman Alice, Bob’un bir gezegen keşfettiğini nasıl bilecek? Bunu bilmesinin tek yolu, Bob’un Dünya’ya dönüp Alice’e “Ben Dünya benzeri gezegen keşfettim” demesidir.

Sonuçta ışıktan hızlı gidemeyeceği için Bob’un geri dönmesi yüzyıllar alacak. Solucandeliğiyle bile geri dönüşü birkaç saniye sürecek (solucandeliğinde yol alırken az da olsa zaman geçecek). İşte bu yüzden kuantum ışınlama ile ışıktan hızlı etkileşim mümkün, ama ışıktan hızlı iletişim imkansız diyoruz.

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?

 

Doğru soruyu sormak önemli

Buraya kadar popüler bilim kitaplarında kolayca bulabileceğiniz örnekleri gördük ve artık konuyu daha detaylı olarak inceleyebiliriz:

Önce ne dedik? Fotonları ölçüyoruz. Peki sonra ne dedik? Fotonu istediğimiz kuantum durumunu elde edecek şekilde ölçüyoruz (+1 veya -1). Öyleyse ikinci şıkta fotonu ölçülmeye zorlamaktan söz ediyoruz.

İlgili yazı: Telepatik İnternet >> İnsanlar arası düşünce transferine hazır mısınız?

 

İkisi aynı şey değil

Bunu görmek için kuantum ışınlamaya yönelik deneylere bakalım. Öncelikle de bir parçacığı ölçmek ile o ölçümden istediğimiz sonucu almanın iki farklı şey olduğuna dikkat edelim.

Örneğin, süperpozisyon halinde hem 1 hem de -1 durumunda aynı anda bulunan bir fotonu kesin olarak 1 durumunda ölçmeye nasıl zorlarız? Bunu fotona doğru soruyu sorarak yaparız.

İlgili yazı: 10 Adımda kara deliğe düşen astronota ne olur?

 

Peki doğru soru ne?

Bunun için fotona özel bir matematik operasyonu sorusu yönelteceğiz: “Sevgili foton, 0 durumunda isen durumunu değiştir; yoksa değişmeden kal.” Fizikte bunu test etmek için özel gaz odaları ve lazer ışınları kullanıyoruz. Ancak bu kez fotonları değil, atomları farklı kuantum durumlarına sokuyoruz:

Lazer ışınları ile gaz atomlarının elektronlarını uyarıyoruz, onlar da enerji kazanıp atom çekirdeği çevresindeki üst yörüngelere geçiyorlar. Sonra doğal yollarla enerji kaybederek alt yörüngelere geri dönüyor ve bu sırada kaybettiği enerjiyi fotonlar halinde gaz odasına salıyorlar.

Fizikçiler iyonize gazdan oluşan bu deney setini tuzaklı iyon sistemi olarak adlandırıyor. Öyle ki atomları lazer ışınlarıyla 0 durumundan 1 durumuna geçiriyorlar. Ancak, bunu özel olarak seçilen bir ara durum ile yapıyorlar ve bu işleme Raman geçişi diyoruz.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Niye ışıktan hızlı?

Ara durumları doğru seçerseniz 0 durumundaki atomlar lazer ışınlarını emerek (teknik adıyla soğurarak) başka bir kuantum durumuna geçecektir.

Ancak, tuzaklı iyon gazında 1 kuantum durumunda olan atomlar lazer ışınlarıyla etkileşime geçmeyecektir. Böylece siz de sadece durum değiştiren atomlara bakarak bunların ölçülmeden önce 0 durumunda olduklarını anlarsınız.

Aslında 0 durumunu ölçmüyorsunuz; çünkü bizzat ölçüm işlemi atomların durumunu değiştiriyor. Sadece ölçtüğünüz duruma bakarak “atom bu durumda ise ben ölçmeden evvel kesin 0 durumundaydı” diyebiliyorsunuz.

Bunu nasıl yapıyorsunuz?

0 durumundaki atomun elektronları, lazer ışınını oluşturan fotonları soğuruyor. Sonra da emdiği fotonlarla aynı dalga boyu ve frekansta yeni fotonlar yayınlayarak enerji kaybediyor. Bunu birkaç milyon kez tekrarlayınca yeterli miktarda foton yayılıyor ve deney kamerasının algılayacağı kadar parlak bir ışık oluşuyor. Biz de ölçüm yapmış oluyoruz.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Tuzaklı iyon gazı

Şimdi bu cihazı Bob’un Dünya’dan 600 ışık yılı uzakta bulunan ve Dünya benzeri bir öte gezegenin yörüngesinde dönen uzay gemisine koyalım. Sonra da foton yerine dolanık atomları kullanarak Dünya ile ışıktan hızlı iletişim kurmaya çalışalım.

Bu kez “Eğer A iyonu 1 durumunda ise B iyonunun durumunu değiştir” diye bir matematik operatörü kullanacağız ve cihazımızdaki kamerayla bu operatöre göre ölçüm yapacağız.

Öyle ki Bob B ölçümünü yaparsa atomun ölçümden önce 0 durumunda olduğunu bilecek ve A ölçümünü yaparsa atomun hem 0 hem de 1 durumunda; yani süperpozisyon halinde olduğunu anlayacak.

Alice’in elinde ise Bob’un atomuyla dolanık olan ve dolayısıyla süperpozisyon halinde bulunan bir atom bulunacak. Alice, Bob’dan haber beklediği için bu atom hem 0 hem 1 durumunda olacak. Bob’un mesajı gelince süperpozisyon bozulacak ve atom mesajı içeren gerçek bir kuantum durumu alacak.

İlgili yazı: Bitcoin ve Altcoin ile nasıl yatırım yapılır?

 

Sıra istatistik yasalarında

Sonuç olarak tuzaklı iyon gaz odasını kullanarak Bob’un A ölçümünü yapınca 0 kuantum durumunu göreceği bir sistem kurduk. Ancak, bu Bob’un sadece A durumunu ölçeceği anlamına gelmiyor.

Bildiğiniz gibi, kuantum fiziğinde bir atomun gelecekte alacağı durumu sadece olasılıklar halinde bilebiliriz. Kısacası B ölçümünün hep 0’ı göstereceği bir kurulum yapsak bile, Bob’un atomu A şeklinde ölçülebilir (belirsizlik ilkesi). A ölçümü ise yüzde 50 olasılıkla ya 0 sıfır, ya da 1 durumunu verecektir.

Dolayısıyla Alice, kendi atomunun 1 durumuna geçtiğini görürse bunun sebebini bilemeyecek. Bunun Bob’un atomunun 0 durumunda olmasından mı, yoksa 1 durumunda olmasından mı kaynaklandığını ayırt edemeyecek.

Ta ki Bob Dünya’ya geri dönüp Alice’e gerçekten Dünya benzeri gezegen bulduğunu söyleyene kadar. Gördüğünüz gibi kuantum fiziğinde anında gerçekleşen uzaktan etki var, ama bu olgu ışıktan hızlı iletişime izin vermiyor. Neden derseniz:

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Ölçüm yapmak süperpozisyonu bozuyor

Kuantum durumları hassas olduğu için yaptığımız ölçümler dolanıklığı ve süperpozisyonu bozuyor. Evet, uzaktan etki bağlamında Bob ve Alice’in dolanık atomları birbiriyle bağıntılı oluyor; ama birbirine ışıktan hızlı mesaj gönderemiyor.

Ancak, size verdiğim yeni örnek de fizikte gerçekçi olamayacak kadar basit bir örnek. Gerçi bu basit örnek kuantum ışınlama mantığını anlamamızı sağladı. Ancak, ışıktan hızlı iletişimin neden imkansız olduğunu görmek için daha gerçekçi bir örneğe ihtiyacımız var:

İlgili yazı: Dünya’daki hayatın kökeni Mars mı?

 

Işıktan hızlı ışınla beni Scotty!

Öncelikle yeni örnekte parçacıkları belirli bir durumda ölçülmeye zorlamaktan vazgeçeceğiz. Dünya’daki Alice’e 1 durumunu göndermek için Bob’un elinde bulunan atomu 1 durumunda ölçülmeye zorlamayacağız. Bunun yerine Bob elindeki atoma iki farklı soru yöneltecek:

1) Alice’e 1 durumunu göndermek istiyorsa atoma “0 durumunda mısın, yoksa 1 durumunda mı?” diye soracak. 2) Ancak, 0 durumunu göndermek istiyorsa bu kez de “[0+1] durumunda mısın, yoksa [1+0] durumunda mısın?” diye soracak.

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

İnsan ışınlamak bu yüzden zor

Her durumda ikinci soru (ikinci operasyon) Alice’in atomunu süperpozisyondan öyle bir ara aşamayla çıkaracak ki soruya cevaben bu atom ya 0 ya da 1 durumunda olacak.

Ardından, Alice atomun olasılık dağılımını ölçecek ve yüzde 100 olasılıkla 0 veya 1 durumunda olacağını öngörürse Bob’un da 1 durumunu (Dünya benzeri gezegen var mesajını) gönderdiğini anlayacak.

Ancak, atomun yüzde 50 olasılıkla 0 veya 1 durumunda olacağını öngörürse Bob’un 0 durumunu ilettiğini (Dünya benzeri gezegen yok) anlayacak. Oysa bu yöntem bile ışıktan hızlı iletişime izin vermiyor.

İlgili yazı: Enformasyon Paradoksu: Kara Delikler Evreni Siler mi?

 

Işıktan hızlı iletişim için yeni sorun

Kuantum fiziği belirsizlik ilkesi nedeniyle istatistiksel bir bilim dalıdır. Kısacası tek ölçümle bir atomun 0 veya 1 durumu alacağını önceden yüzde 100 kesinlikle bilemezsiniz. Bunu kesin olarak bilmek için Bob’un atomunu binlerce kez ölçmesi gerekiyor.

Ancak, kuantum fiziğinde klonlamanın (kusursuz kopya çıkarmanın) yasak olması yüzünden bunu yapmak da imkansız. Aynı atomu bin kez ölçer ve iki kez 0 durumunu görürseniz bu iki 0 durumu asla birbirinin aynısı olamaz.

Neden böyle olduğuna gelince: Enerjinin korunumu yasası gereği evrende toplam enerji miktarı azalmaz veya artmaz.

Nasıl ki termodinamik yasalarına göre enerjinin tamamını yüzde 100 yararlı işe dönüştüremezsiniz; aynı sebeple yoktan enerji oluşturamaz ve enerjiyi yok edemezsiniz. Sonuç olarak bir atomun kuantum durumunu yüzde 100 kesinlikle kopyalayamaz ve bir ölçümü asla aynen tekrarlayamazsınız.

İlgili yazı: Çin’den Kuantum İnternet Uydusu

 

Belirsizlik ışıktan hızlı mı?

Özetle Bob asla Alice’in atomu ölçülürken kesin olarak 1 sonucu vermesini sağlayacak bir ölçüm yapamıyor. Bu nedenle de Dünya benzeri öte gezegen buldum diye ışıktan hızlı mesaj gönderemiyor.

Kısacası Heisenberg’in belirsizlik ilkesi nedeniyle evrende ışıktan hızlı iletişim kuramıyor ve kusursuz klonlamanın yasak olması sebebiyle de zaman makinesiyle geçmişe yolculuk edemiyoruz.

İyi ki bunu yapamıyoruz. Aksi takdirde neden-sonuç ilişkisi bozulur ve termodinamik yasaları ihlal edilirdi. Bu da çok vahim sonuçlar doğururdu. Örneğin ısı bazen soğuktan sıcağa akar, yoktan enerji yaratılır ve devridaim makineleri inşa edilirdi.

İlgili yazı: Kuantum ışınlama Rekoru: Çin Uzaya Foton Işınladı

 

Bu yasak evreni kurtarıyor

Zaman kristallerinde anlattığım gibi, ışıktan hızlı iletişim kurmak, fizik yasalarının evrenin her yerinde aynen geçerli olmasını önleyerek uzayın dengesini bozacaktır. Fizik yasalarının geçersiz hale gelmesi ise yukarıdaki mucizeler gerçekleşmeden çok önce evrenin yok olmasına yol açacaktır. Kuantum ışınlamanın 20. yılı hepimize kutlu olsun.

Işıktan hızlı iletişim teorileri

¹The Limits of Entanglement