Kuantum Makinelerin Sınırları Üzerine Bir Söyleşi

Marcus Huber, Avusturya’nın Viyana kentinde bulunan IQOQI’da (Institute for Quantum Optics and Quantum Information), yani Kuantum Optik ve Kuantum Enformasyon Enstitüsü’nde çalışan b..
Görsel Telif:

Marcus Huber, Avusturya’nın Viyana kentinde bulunan IQOQI’da (Institute for Quantum Optics and Quantum Information), yani Kuantum Optik ve Kuantum Enformasyon Enstitüsü’nde çalışan bir fizikçi. Huber, kuantum makinelerinin neler yapıp neler yapamayacağını anlamak için enformasyon kuramını kullanıyor.

Bilindiği kadarıyla, termodinamik yasaları sağlam bir temele sahip. Ancak fizikçiler, kuramın kimi klasik kavramlarının (örneğin “iş” gibi), atom boyutunda parçaları olan bir ısı makinesini tanımlarken bulanıklaştığını belirtiyorlar. Böylesine küçük parçaların konumları, kuantum mekaniği yasaları uyarınca çalkalanmalar yapıyor. Böylesi kuantum termal makinelerin kapasiteleri ve verimlilikleri konusuna açıklık kazandırmak, Marcus Huber’in amaçlarından biri.

Huber aslında bir kuramcı. Fakat bir süre önce kurduğu laboratuvarda, “kudit“lerle kuantum iletişim üzerinde çalışıyor. Kuditlerin dolaşıklaşabileceği serbestlik dereceleri, kubitlerden daha fazla. Jessica Thomas ile yaptığı söyleşide Huber, fizikçilerin kuantum termal makinelere ilişkin yanıt aradıkları soruları, bu arayışın neden içindeki felsefeciye çekici geldiğini ve neden o sıradışı Skype adını seçtiğini açıkladı.

Yaptığınız çalışma iki büyük konuyu bir araya getiriyor: Kuantum enformasyon ve kuantum termodinamik. Birbirlerine nasıl uyabiliyorlar?

Kuantum enformasyon kuramı, kuantum mekaniği kurallarına uyan taşıyıcılar ile bilgi işlediğinizde ne olacağı ile ilgilenir. Klasik bilgisayarlar ya 1 ya da 0 değeri alan “bit”lerle çalışır. Kuantum bilgi taşıyıcıları ise bu iki durumun süperpozisyonunda bulunabilir. Biz bu süperpozisyonun olanak tanıdığı yepyeni bilgi işleme yolları ile ilgileniyoruz. Klasik bitlerle yapamadığımız neleri kuantum bitler ile yapabiliriz?

Kuantum termodinamikte de buna benzer bir sorumuz var; ama bu kez termal bir makinenin tasarımı için. Diyelim ki, bir buzdolabı yapıyoruz ve bunu giderek daha küçültüyoruz. Bir noktadan sonra, buzdolabı sadece birkaç atomdan oluşuyor. Acaba bu makinenin verimi için temel sınırlar nelerdir? Atomların bir kuantum süperpozisyon ya da kuantum girişim ve dolaşıklık durumunda olmalarından yararlanabilir mi? (Bkz. Kuantum Termodinamik Devrimi)

Üzerinde çalıştığınız kuantum makinelerin kullanım alanları neler olabilir?

Büyük hedeflerden biri otonom bir buzdolabı yapmak. Az sayıda parçacıktan, birkaç atomdan ya da fotondan oluşan bir kuantum sistem hayal edin. Böyle bir makine kurmak istiyorsunuz; böylece bir ısı banyosu ile çiftlenebilecek (tıpkı bir buhar makinesi gibi) ve bir ısı deposundan soğuk olana ısı akışını kullanarak bir nesneyi harekete geçirebilecek ya da bir başka görev gerçekleştirecek. Biz böyle otonom kuantum cihazları nasıl yapılandırabileceğimizi ve bunların verimlerinin ne olacağını anlamaya çalışıyoruz.

Beni heyecanlandıran bir diğer düşünce de kuantum makineleri kullanarak gündelik kullanımda yararlanılan bir cihazdaki (örneğin cep telefonundaki) atık ısıyı geri kazanabilmek. Burada söz konusu enerjiler küçük olur, o yüzden bu yaklaşımla telefonunuzu şarj edemezsiniz. Ama kuantum bilgisayar tasarılarında düşünülenler gibi birkaç yüz kuantum bitten oluşan bir kuantum işlemciyi, kriyojenik sıcaklıklara kadar soğutmada kullanabillirsiniz.

Araştırmanız, klasik bir kavram olan “iş”i bir kuantum düzeneğinde inceliyor. Bu durumda “iş” için ne söyleyebilirsiniz?

Camiada “iş”in kuantum ölçeğinde nasıl tanımlanacağına ilişkin süregiden bir tartışma var. Diyelim ki bir ağırlık kaldırılıyor; bu iş yapmanın tipik örneğidir. Yapılan iş miktarı, nesnenin kaldırıldığı yüksekliğe bağlıdır. Fakat bu yükseklik, kuantum sistemde sabit olmaz: Nesne bazen iki kat daha yüksekte ya da zeminde olabilir. Ortalamada ise belli bir yükseklikte olur. Bu da bir “iş” kavramı için yeterlidir. Peki ama biz iş kavramını ortalamalar cinsinden tanımlamak ister miyiz? Yoksa tanımın daha deterministik olmasını mı isteriz?

Kuantum düzeyinde tek bir evrensel iş kavramo olduğu konusunda pek emin değilim. Gerçekten de şu soruyu sormamız gerekebilir: “Hangi görev için olan iş?”

Bir süre önce, Physical Review Letters dergisinde bir makaleniz yayımlandı. Orada bir kuantum sisteminde yapılan iş için bir “no go” teorem (belli bir durumun fiziksel olarak olanaksız olduğunu ortaya koyan bir teorem) tanımlıyorsunuz. Bu teoremden ve işaret ettiklerinden söz edebilir misiniz?

Klasik sistemler için yapılan iş tanımlarından bazılarının, kuantum-eşdurumlu sistemler için uygun olmadığını gösteriyoruz. Bu “no-go” teorem farklı anlamlara gelebilir. Biri, böyle durumlar için anlamlı br iş tanımı yapılamayacağıdır. Bir diğeri, ki bu benim en sevdiğim, bir kuantum sistemde yapılan işi gözlemlemenin, işin kendisini temelden değiştireceğidir. Yani kuantum sistemlerin en iyi “iş” çıkardıkları zaman, gözlemlenmedikleri zamandır.

Sizi bu çalışma alanına çeken neydi?

Bilim felsefesi ve bilginin kendisinin başlangıcı ve doğası ile hep ilgiliydim. Kunatum fiziği de felsefik açıdan da dahil olmak üzere, en büyük meydan okumaları yöneltiyordu. Ama gerçekten olanın ne olduğunu ortaya çıkarmaya çalışmak bana asla yetmezdi. Ben daha ziyade “işleyişsel” bir açıdan ilgileniyordum. Nesneler hakkında ne söyleyebilirim? Neleri öngörebilirim? Bence nesnelerle neler yapabileceğinizi bilmek, onlara ilişkin anlayışınızı derinleştiriyor.

Kişisel bilgilerinizi vermeyeceğim ama Skype adınızı nasıl seçtiğinizi merak ediyorum. “Dolaşıklık” ile “anarşi”yi bir araya getirmişsiniz.

İlk kısım aslında benim saçlarımın hâlinden geliyor; hakikaten dolaşıklar. İkinci kısım ise ütopik bir düşünceye hürmet ediyor. Uzun vâdede insanlığın, pek çok insanı inciten tuzaklardan ve boş çekişmelerden kendini kurtarmasını isterdim; milletler, sınırlar, savaşlar ve baskılar gibi. Eğer potansiyelimizi bütünüyle ortaya koymak ve evreni araştırıp anlamak istiyorsak bu tür şeyleri aşmamız gerekecek.

Marcus Huber

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv