KUNATUM MEKANİĞİ ATOMALTI PARÇACIKLAR KUANTUM BİLGİSAYAR

KUANTUM MEKANİĞİ ATOMALTI PARÇACIKLAR

Bu bölümde atomun daha derinliklerine inelim biraz beynimiz yansın. Size tavsiyem bir kahve alın birlikte sohbet edelim. Bir yazıyı bir kitabı en az 15 ile 20 dakika okumanız gerekli kitabın sizi çekmesi için. Tabi ki kitap yeterli ve doğru bilgi içermiyorsa ne olursa olsun sıkılırsınız. O yüzden bir müddet okumalısınız sıkılsanız bile okumaya devam edin. Bu bölümde Kuantum ve Kuantum mekaniğinden bahsedeceğiz. Ama bu Kuantum gerçek kuantum saçma sapan kitaplarda yazan kuantum düşünce, kuantum evren, kuantum zenginlik vb. gibi insanları aldatan kağıt israfına sebep olan yazılar değil. Kahvenizi aldıysanız hadi atomun içine dalalım.

Atom en basit tanımı ile maddenin en küçük yapı taşıdır. Atom Yunancada bölünemez anlamına gelir fakat Albert Einstein 1905 de atomu böldü parçaladı bunun neticesinde atom bombası yapıldı. Hoş bir şey değil Japonya da yüz binlerce insanın ölmesi. Einstein bu konu ile ilgili şöyle bir sözü var: Bilim, insan hayatını kolaylaştırmak için çalışır fakat kötü insanlar Bilimi kötüye kullanır demiştir. Bu doğru, Bilim bulur kanıtlar ve insanları bilgilendirir. Neyse atoma geri dönelim, Atom kelimesini bulan filozof Demokritos M.Ö 460. Demokritos Atom kelimesini: Bir elmayı sürekli bölerseniz en sonunda parçalar bölünemeyecek kadar küçülür bu yüzden bu parçalara Atom (bölünemez) adını vermiş.

Atom, merkez denen bir çekirdekte Proton ve Nötrondan oluşan çevresinde ise Heisenbergin ilkesine göre hareket eden yaramaz çocuk elektron bulunur. Mutlaka internetten bir atom çizimi, resmi veya modeli görmüşsünüzdür. O modellerde elektronun atom çevresinde (yörünge) eliptik daireler çizdiği tasfir edilir, fakat durum ondan farklıdır. Elektronun davranışları tam anlaşılmamış olsada elektron atom yörüngesinde farkı durumlarda ve konumlarda bulunur. Biraz hayal etmenize yardımcı olayım. Yanıp sönen bir trafik lambası hayal edin ve bu lamba elektronu temsil etsin. Benim hayal ettiğim lamba kırımızı, renk sizin tercihinize kalmış. Bu lamba dışarıdan enerji soğurduğunda hem yanan hem de bir üst merdiven basamağına adım atan bir parçacıktır. Yani elektron dış ortamdan enerji soğurduğunda ki bu enerji genelde ısı olur hem lamba gibi yanıp kendini belli eder hemde bir üst yörüngeye sıçrar. Belirteyim bu sıçramanın adı "Kuantum sıçrama" dır.

Kuantum mekaniği sizi şaşırtmadıysa henüz onu anlamamışsınız demektir, der Niels Bohr. Kuantum mekaniğinin öcülerindendir Niels Bohr. Bir çok insan Kuantumun ne olduğunu bilmez ama saçma sapan kitaplar yazmayı bilirler. Kuantum temel parçacıklara verilen isimdir tahmin edeceğiniz gibi yaramaz çocuk Elektron bir "Kuanta" parçacığıdır. Kuantum parçacıklarına Kuanta adı verilir. Tüm temel parçacıklar kuanta dır. Peki proton ve nötron ? Onlarda Kuarklar ve Gluonlar denen parçacıklardan oluşur. İki yukarı (up) bir aşağı (down) kuark protonu, iki aşağı bir yukarı kuark ise nötronu oluşturur. Dikkat ettiyseniz Proton ve Nötron temel parçacık değil. Günümüzdeki görüntüleme teknolojisi şimdilik bu ölçeği görmemizi sağlıyor eğer ileride daha derinlerde bir şeyler bulunursa ona farklı bir isim verilir. Fakat varsayımsal olarak kuarkların da altında "Sicim iplikçikleri" denen yapılar olduğu hala tartışmalar arasında. Bu olguya Sicim teorisi deniyor. Belirtmeliyim ki hala bu teori hakkında somut bir kanıt yok fakat matematiksel uyarlamalar ve hesaplar olabilecekleri yönünde olduğu için bilim camiasını meşgul ediyor.

Kahvem bitti biraz soluklanalım sizinde bittiyse alıp gelin. Mis gibi kokuyor be bu filitre kahveye bayılıyorum tabi kahve çekirdekleri kaliteli olana. Neyse devam edelim. Kuantumu öğrendiniz Kuantayıda öğrendiniz. Biraz daha derin bilgilere inelim ama aklınıza mukayyet olun beyniniz yanmasın işler daha da karışacak tabi denklem vermiyorum çünkü sıkılabilir ve okumayı bırakırsınız. Bir üst paragrafta up-down kelimelerini hatırlıyorsunuzdur o kelimeler bir kuanta parçacığının yönlü hareketini temsil eder eğer kafanızda ışık yandıysa yönlü hareketin momentum olduğunu şak diye anlarsınız. Bu yönlü hareketlerde, ha bide bu parçacıkların davranışlarını inceleyen bilim dalına Kuantum Mekaniği denir unutmayalım.

Bu yönlü hareketler Kuantum Mekaniğinde "Spin" yani dönme olarak nitelenir. Spin İngilizce bir kelimedir dilimizi yozlaştırmamak için buna dönüş veya dönme diyeceğim. Bu tür gözlemler çok büyük emek ve zahmet ister, atom yörüngesine en zayıf bağlı olan elektronları gözlemekle sınırlıdır, çünkü sadece bir alt yörüngedeki elektronla uğraşmak ya çok zordur ya da hiç uğraşılmaz bunun sebebi elektronların atoma güçlü nükleer kuvvet ile bağlı olmasındandır. Dört temel kuvvet farklı bir konu olduğu için bu yazıda değinmeyeceğim. Kuantum hakkında biraz bilgi edindiniz, şimdi konuyu atlayıp birazda Kuantum Bilgisayar lardan bahsetmek istiyorum.

KUANTUM BİLGİSAYAR

Kuantayı öğrendiniz Kuantumu da az çok öğrendiniz şimdi bu öğrendikleriniz ne işe yarayacak ondan bahsedeceğiz. Ben lisedeyeken matematik dersinde integral konusunu işliyorduk. Bir sorunun cevabı 2 sayfa olunca hali ile hocaya: hocam bu kadar uzun bir denklemi hayatın neresinde kullanacağım diye sordum. Aldığım cevap içler acısıydı... Sınavda soracağım. Tam bir hayal kırıklığıydı benim için çok üzülmüştüm. Hayatta kullanamayacağım bir denklemin eğitimini neden görüyorum diye sordum kendime. Bu yüzden anlattıklarımı hayatın neresinde kullanacağınızı ve kullanılacağını da anlatıyorum. Bu arada integral konusu hacim hesaplarında kullanılır. İntegrale en güzel örnek uçaklar. Havanın kaldırma kuvveti kanatların yüzey alanlarında ve uçağın her yerinde integrale ihtiyaç var. Şimdi kuantum bilgisayarlarına geçebiliriz.

Bir Türk kahvesi yaptım kendime siz de tazelediniz kahveleri diye düşünüyorum. Evet kuantum bilgisayarlardan da o baş belası yaramaz çocuk elektron sorunlu. Fakat bu kez farklı bir davranıştan sorumlu bu yaramaz çocuklar. Önceki bölümden hatırlıyorsanız parçacıkların hareketine Spin-Dönüş dendiğinden bahsettik. Kuantum bilgisayarlarda tam bu dönüşlerle alakalı bir cihaz. Elektronlar atom çevresinde belli belirsiz konumlarda bulunur bu durumu önceki bölümde yanıp sönen trafik lambası örneğinden hatırlayın. Bu yanıp sönme esnasında elektron izlediği yolda bir iz bırakır bu izi şu an kablosuz teknolojisinde kullanıyoruz, yani elektro manyetizma. Cep telefonları, wifi, telsizler, aklınıza kablosuz iletişim sağlayan ne gelirse elektronun bu yörünge sıçramasındaki izi sayesinde sağlanıyor. Eğer Albert Einstein'ın kütleçekimsel dalgalarını biliyorsanız elektronun bu davranışı aynen ona benzer. Elektron atom çevresinde o kadar hızlı hareket eder ki uzay dokusunda bir iz bırakır, gözle görünmeyen bir boyuttan bütün evreni dolanacak bir titreşim yayacak kadar güçlü hareket eder. Hemen bir not eklemek istiyorum şu an bu satırları yazarken dünya genelinde internet ağında bir sorun yaşanıyor internet çok ağır ve yazılarımı otomatik kayıt etmemeye başladı blog. Kuantum dedik elektronlar bana kızdı mı ne. Bu olumsuzluk için bir tarih atmak istiyorum 4 ekim 2021. Üç saattir sorun devam ediyor ben yazmaya devam etmeye karar verdim.

Kuantum bilgisayarlara bilgi kayıt etmek için atom çevresinde dolanan elektronların dönüş yönünün değiştirilmesi gerek. Peki mikroskopla bile görünmeyen bir parçacığa nasıl yön verebilirsiniz ? Bunu lazer ışık ile yapıyorlar yani fotonlarla, fotonlar enerji taşıdıkları için elektrona çarptıklarında elektrona enerji aktararak elektronun yönünü değiştiriyorlar. Spine dönüş demiştik bu dönüşlerin yönleri de var. Sağ Spin ve sol Spin olmak üzere iki yönü var. Bu Spinlere Dönüş diyeceğim hatırlatayım. Bu dönüşlerin denklemleride var matematiksel hesaplamalar için fakat denkleme girersek okuyucu çok sıkılır o yüzden anlatımla devam edeceğim.

Şunu belirtmem gerek bu elektronlar nasıl bir ortamda veya hangi elementle yapılıyor henüz onun hakkında bilgim yok bilginiz var ise yorumda beni bilgilendirirseniz çok sevinirim. Sol Dönüşe sahip olan bir elektrona mantıksal bir bilgi yüklememiz için onu sağa dönmeye zorlamalıyız bunu da lazerle yapıyoruz, ve elektron sağ Dönüşe sahip oluyor. Bu bizim 1 Qubitlik olan bilgimizi temsil ediyor. Kuantum bilgisayar bilgilerine Qubit deniliyor. Şu an kullandığımız bilgisayarlardaki sisteme ise Bit deniliyor. Fakat tuhaflık bundan sonra başlıyor, elektrona yüklediğimiz bilgiyi okumaya çalıştığımızda bu elektron bize iki qubitlik çıktı veriyor. Bu yüzden kuantum sizi şaşırtmadıysa onu anlamamışsınız demiştir Niels Bohr. Bu durum hala gizemini koruyor. Bu olgunun bize çok büyük faydası var, Kuantum bilgisayarların işlem hızı akıl almaz seviyelere çıkıyor

Kullandığımız bilgisayarların 30 yılda yapabilecekleri işlemleri Kuantum bilgisayarlar bu işlemi 30 dakikada yapıyor. Of be harika dediyseniz acele etmeyin bu durumların çok büyük zorlukları var. Bazı markalar şu hıza çıktık dese de zorluklar çok büyük. İlk büyük zorluk elektrona yüklenen bu bilgi oda sıcaklığında kayboluyor. İkinci büyük zorluk ise bu bilgiler trilyonlarca elektrona tek tek yüklemek imkansız. İlk sorunun aşılması için yani elektrona yüklenen bilginin korunması için -200 (eksi) selsiyus ısıya ihtiyaç var. Bu ısı çok düşük bir ısı ve bu ısıyı elde etmek için çok büyük enerji harcanması gerek. İkinci zorluk ise yüklenen bilgilerin çoğaltılması bunu da Kuantumun bir konusu olan Dolanıklık olgusu ile aşıyorlar.

Henüz bitmedi, trilyonlarca elektrona yüklenen bu bilgilerin korunması gerek. Evet kafanız karışıyor gibi hissediyorum ama Bilim böyledir yavaş ve karışıktır. Elektronların eş zamanlı durumda olmasına ise Süper Simetri deniliyor. Süper simetrik parçacıklar bir Harddisk, SSD, USB bellek gibi hafızalarda korunamaz, oda sıcaklığında anında kaybolan bir bilgi, ısınan ortamda tamamen kayıp edilir. Parçacıkları yani bilgi yüklü elektronları (ki bunlara Süper Simetrik parçacıklar deniliyor) -200 selsiyus derecede korumak zorundalar.

Okuması basit olan bu kavramların üstesinden gelmek çok büyük zorluktur. Tahminimce Kuantum bilgisayarların evlerimize girmesine daha çok var.

Kaynak belirtilerek alıntı yapılabilir.