Sadəcə bir neçə atom istifadə edərək bir yərdən başqa bir yərə kvant şüalanma yolu ilə (teleportasiya) gələcəyə səyahət etmək?! Niyədə olmasın? Kvant dolanıqlıq anlayışı da tam bu nöqtədə yada düşür. Kvant şüalanma (teleportasiya) yolu ilə kilometrlərlə uzağa eyni anda məlumat mübadiləsi mümkünkən keçmişdən geələcəyə bir kvant mesajı göndərməyə bəs nə deyirsiniz? Hələki gerçek deyil amma nəzəri çalışmalar kvant dolanıqlıq sayəsində bunun mümkün olabiləcəyi dəstəklənir. Bir elmi-fantastika janrında olan “Fringe”də aşiq bir cütlüyün fərqli kainatlardan birbirləri ilə əlaqə qurmasını buna bir nümunə kimi başa düşmək olar. Bəs bu kvant dolanıqlığı əslində nədir?
Albert Eynşteyinin yanılması ya Ervin Şrödingerin zəfəri?!..
Kvant dolanıqlığı kvant kriptoqrafiyası (şifrələmə), kvant kompüterləri ve kvant şüalanma hamıda maraq oyandıran, fizikanın ən maraqlı və ən çox müzakirə mövzusu olan sahələridir. Lakin dolanıqlıq insan saçı və ya bir ip kimi büyük şeylərin birbirinə dolaşması mənasında deyil. Kvant dolanıqlıq işığın hissəcikləri olan fotonlar kimi çox çox kiçik kvant hallarının necə birlikdə olduğunu, birbirlərinə necə bağlandığını və bilginin kvant bitlərini (kubit) necə paylaşdığından bəhs edir. Kvant dolanıqlıq, əlbəttə ki, sadəcə fotonlarda təsirli deyil. Bu cür hissəciklər bir dəfə birbirləri ilə dolanıq hala gəldiklərində onlar kosmosda və bəlkə də zamanda birbirlərindən nə qədər uzaq olursa olsunlar məlumatı paylaşmağı və birbirlerinə təsir etməyə davam edirlər. Daha anlaşıqlı desək, kvant mexanikasına əsasən kvant dolanıqlı olan iki əkiz zərrəcik məkanın istənilən hissəsində olmalarına baxmayaraq, bir-biri ilə sonsuz böyük məsafələrdə belə kvant əlaqəsini saxlamaq iqtidarındadır. Bu o deməkdir ki, iki fərqli tərəfə buraxılan kvant dolanıqlı zərrəciklər ölçülənə qədər fərqli və təsadüfi spinlərə (yəni müəyyən bucaq altında zərrəciyin öz ətrafında dövretmə orbiti) malik olurlar. Bu zərrəciklərdən birinin spininin ölçülməsi həmin spinin təsadüfi formadan, müəyyən bir orbit yaratmasına gətirir. Lakin insanı heyrətə gətirən məsələ bundan ibarətdir ki, digər zərrəcik də öz əkiz zərrəciyindən nə qədər uzaqlıqda yerləşməsinə baxmayaraq, öz təsadüfi spinini dəyişib, birinci zərrəciyin yaratdığı spini təkrar eləməyə başlayır.
Bu hal istənilən məsafələrdə eyni dərəcədə özünü doğruldur. Yəni əgər zərrəciklər bir-birindən hətta min işıq ili uzaqda yerləşsələr də bir zərrəciyin spininin dəyişməsi digər zərrəciyi də həmin an öz spinini dəyişməyə məcbur edəcək. İlk baxışdan işıq sürətindən böyük sürət yaratdığına görə Eynşteynin xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinə zidd görünsə də əslində bu zərrəciklər işıq sürəti həddini azacıq da olsun pozmurlar.
Belə ki, işıq sürəti həddinin aşılması üçün bir zərrəcik digərinə spininin dəyişdirilməsi haqqında informasiya yollamalıdır. Bu da təcrübələrdə müşahidə olunmur. Bir zərrəcik digəri ilə heç bir informasiya mübadiləsi aparmayıb, spinlərin dəyişdirilməsini yalnız təsadüfi formada həyata keçirir. Bu səbəbdən də spinlərin dəyişdirilməsi üçün məkan və zamana məhəl qoymayan kvant dolanıqlı zərrəciklər həqiqətən laməkan və lazaman varlıqlar olmağa tam haqlı namizədlərdir
Bəs bu dolanıq hala gələn cüt zərrəciklər birbirləri ilə məlumatı necə paylaşırlar?
Kvant dolanıqlığı olan ikiz əkiz zərrəcik eyni kvant mekxaniki vəziyyətində olan zərrəciklərdir. Eyni kvant halında olan zərrəciklərin kordinat, impuls, spin, polarizasiya kimi önəmli fiziki kəmiyyətləri birbirləri ilə paylaşırlar. Elm adamları bu zərrəciklər arasındakı məlumat paylaşımından istifadə edərək kvant əlaqə üzərində tədqiqatlarını davam etdirirlər. Həmçinin kvant şüalanma (teleportasiya) da bu tədqiqataların arasındadır.
Kvant mexanikasının gətirdiyi ən qəribə özəlliklərindən biri olan kvant dolanıqlıq, ilk başda da bir çox alimələrə görə məntiqə sığışmayan bir hal kimi görünürdü. Kvant dolanıqlığının belə görünməsinin ən büyük səbəblərindən biri dolanıq zərrəciklərin aralarındakı məsafənin çox böyük olmasına rəğmən birbirləri ilə məlumat paylaşa bilmələri düşüncəsi idi. Şüphəsiz ki, klassik fizika dünyasında bu qeyri-adi bir hadisə idi və hələ təzə inkişaf edən kvant mexanikasının ilk illərində bu hadisə əsas müzakirə mövzusuna çevrildi. Hatta müzakirələr bu mübahisəni edən insanların ölümlərindən illər sonra sonlandı. Artıq günümüzdə kvant dolanıqlıq elm dünyasında qəbul edilən və təcrübədə tətbiq olunan, kvant mexanikasının xarakteristik bir özəlliyini daşıyan bir anlayış olaraq gələcəkdə həyatımızı dəyişdirmək üzərə olan bir elmi araşdırma sahəsidir.
Kvant dolanıqlıq yolu ilə informasiya paylaşımı əslində yararlandığım mənbələrdən qaynaqlanan bir məsələdir. Gerçəkdə dolanıq haldakı zərrəciklərin birbirlərinə informasiya göndərməsi müzakirə mövzusu deyil. Dolanıq iki əkiz zərrəcik arasında uzaqlığa baxmayaraq anında qarşılıqlı təsir əsas müzakirə mövzusudur, amma bu, məlumatın birindən digərinə ötürülməsi demək deyil. Bu qaşılıqlı təsir kvant superpozisiya halandakı cütlərin eyni kvant vəziyyyətini paylaşmaları ilə başlanğıcda dolanıq halda olmaları nəticəsində uzaqlığa bağlı olmadan bu dolanıqlıq halını davam etdirmələridir . Beləcə birbirlərinin kvant vəziyyətlərinə təsir etmiş olurlar, anında!
Kvant mexanikasının qeyri-adiliyini gözlər önünə sərən kvant dolanıqlıq anlayışı 1935-ci ildə fizik Ervin Şrödinger tərəfindən ilk dəfə dilə gətirilməzdən əvvəl EPR paradoksu olaraq bilinən və yenə eyni ildə dərc olunan bir maəqalədə ilk dəfə müzakirə olundu. EPR paradoksu Albert Eynşteyn (Albert Enistein), Boris Podolski (Boris Podolsky), Natan Rozenin (Nathan Rosen) 1935-ci ildə dərc etdirdikləri “Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?” başlıqlı məqalələrində kvant mexanikasının fərqli izahı kimi ortaya qoyulmuşdu. Bu məqalənin ardından Ervin Şrödinger (Erwin Schrödinger) kvant dolanıqlıq ifadəsini ilk dəfə istifadə etdiyi iki ayrı hissədən ibarət və “Proceedings of the Cambridge Philosophical Society”-də yayınladığı bir məqalə ilə EPR paradoksunu tənqid etdi. Bu araşdırmalar kvant mexanikasını tənqid etmək məqsədi ilə kvant dolanıqlığın məntiqə zidd görünən özəlliklərinə fokuslanmışdı. Ancaq Albert Eynşteyin heç bir zaman kvant dolanıqlıq teriminini istifadə etməmişdi, həmçinin bu ifadə yerinə “‘spooky action at a distance “(‘uzaktan hayaletimsi etki‘) ifadəsini istifadə edirdi.
Kvant sistemləri arasındakı ayrılmaz əlaqəni təyin edən dolanıqlıq teriminin müdafiəçilərindən Şrödinger dolanıqlığın kvant dünyasının ən önəmli ünsürlərindən biri olduğuna inanırdı və bunu “düşüncəni klassik cizgilərdən tamamən ayıran kvant mexanikasının xarakteristik bir özəlliyi” olaraq təsvir edirdi. Şrödingerin razı qalmadığı kvant mexanikası məsələlərindən biri Kopenhagen təfsiridir (Copenhagen interpretation). Bəs nədir bu Kopenhagen təfsiri?
Nils Bor və Verner Heyzenberq tərəfindən 1927-ci ildə Kopenhagendə birgə fəaliyyət zamanı kvant mexanikası ilə əlaqədar apardıqları araşdırmaların nəticəsidir. Bor və Heyzenberq kvant mexanikası ilə əlaqədar müxtəlif suallara cavab verməyə çalışmışdılar.
Kvant mexanikasının başlıca problemlərindən biri nəticənin müşahidəçi tərəfindən öyrənilməsindən sonramı, yoxsa cihaz tərəfindən qeydə alınmasından sonramı ölçməyin tamamlanmış qəbul ediləcəyidir. Daha sonra da görüldüyü kimi kvant mexanikasının Kopenhagen təfsirinə görə ölçmə edilməsinin bilinməsi müşahidəçinin ölçmədən əvvəl var olan məlumatlılıq halında dəyişiklik edir. Yəni, məlumat azalmasına səbəb olur. Müşahidəçinin məlumatlılıq halını, müşahidəçinin ölçmə müddətinin sonunda qavradığı təcrübəyə əsaslanan məlumatı müəyyənləşdirir. Bu məlumat halları, müşahidəçinin məlumatlılıq halına (subyektiv) bağlıdır. Bəhs edilən əlaqədən dolayı, fiziki reallıqda reallaşmış bir hal ilə reallaşacağı irəli sürülən hal arasına “subyektiv müşahidəçi” faktoru yerləşdirilir. Bu subyektivlikdən qurtulmaq mümkün deyil. Dünya iki hissəyə ayrılır: kvant varlıqları (ehtimal dalğaları) və klassik ölçmə vasitələri olan real nəsnələr (obyektlər). Real nəsnələrlə, sadəcə bir ölçmə nəticəsi olanlar real qəbul edilə bilər. Bunun xaricində real olan haqqında heç bir şey deyilə bilməz. Əlimizə təcrübə etmək üçün bir atom aldığımızda və bir müddət sonra təcrübəni etmiş olsaq, atomun hazırlanmasıyla təcrübənin edilməsi arasında keçən müddətdə, atom haqqında, o ya da bu doğrudur demək mümkün deyil. Sadəcə atomu birbaşa müşahidə etdiyimiz/ölçdüyümüz vaxt anında sistemdə “çökmə” baş verdiyindən, ancaq o vəziyyətdən sonra reallıqdan danışa bilərik.
Yəni, hərhansı bir zərrəciyin spin vəziyyəti ölçülənə qədər qeyri-müəyyən olaraq qalırdı. Şrödinger isə belə bir ifaənin məntiqsiz olduğunu göstərə bilmək üçün bir təcrübə aparmağa qərar verdi. İndi bu düşüncə təcrübəsi “Şrödingerin Pişiyi” adı ilə məşhurdur. Gəlin bu təcrübə ilə tanış olaq.
Təcrübənin başlanğıcında qapalı bir qutunun içində canlı olan bir pişik var. (Qutunun içinin heç bir şəkildə müşahidə edilməməsi çox vacib bir məsələdir. Bunun səbəbi Kopenhagen təfsiridir.) Qurğunun tərkibi belədir: Parçalanma ehtimalı 50% olan bir maddə və bu maddənin parçalanması ilə ətrafa yayılan zəhərli qaz.
Buradakı vacib məsələ isə parçalanma ehtimalının tam olaraq 50% olmasıdır. Bu şəkildə parçacığın parçalanıb parçalanmayacağı əvvəlcədən müəyyənləşdirilə bilməz. Nəticə olaraq pişik qutu açılanda ya zəhərlənib ölmüş olacaq, ya da sağ qalacaq.
Ancaq təcrübənin paradoks kimi tərif edilməsinin səbəbi nəticə deyil, təcrübənin müşahidə edilməyən mərhələsidir. Vacib olan məsələ müşahidə edilmədən əvvəl qutunun içində nələr olduğudur. Qutu açılmadan, müşahidə edilmədən əvvəl pişik nə vəziyyətdədir? Ölüydümü, yoxsa diriydimi? Kvant fizikasına görə həm ölü, həm diridir.
Qutu açıldığı anda müşahidəçi də iştirakçı olur. Kvant dilində bu vəziyyətə dalğa funksiyasının çöküşü deyilir. Yəni bir neçə ehtimaldan bir dənəsinə düşürülən vəziyyətdə müşahidəçi də kainata daxil olur.
Albert Eynşteyin də həmin il bir düşüncə təcrübəsi hazırladı. Onun düşüncə təcrübəsi isə Şrödingerin kvant dolanıqlıq düşüncəsinin (çox uzaqlarda olan iki əkiz zərrəciyin birbiri ilə məlumat paylaşması) yanlış olduğunu göstərmək məqsədini güdürdü. Eynşteyin bu düşüncə təcrübəsi də bu sual üzərində qurulmuşdu: Əgər iki foton dolanıqdırsa və bu iki foton işıq sürəti ilə hərəkət edərək fərqli yönlərə göndərilmişsə və sadəcə fotonlar işıq sürətində hərəkət etdiyinə görə siz birini ölçərkən və ya müşahidə edərkən digərindəki dəyişikliyi eyni vaxtda necə bilə bilərsiniz? Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinə görə heç bir şey işıqdan sürətli ola bilməz. Bu təcrübələrin davamı olaraq illər sonra 1980-ci illərin əvvəlində Fransız fizik Alain Aspekt gerçək bir təcrübə reallaşdırdı. O, Eynşteyinin düşüncə təcrübəsində olduğu kimi birbiri ilə dolanıq olan iki foton işıq sürəti ilə hərəkət edərkən onların informasiyanı necə paylaşdıqlarını dair bir sıra təcrübələr aparmışıdır.
Aspektin bu təcrübələrində aşkar etdiyi şeyler inanılmaz idi! Əslində, tək bir fotonun ölçülməsi dolaşıq olduqları digər fotonun vəziyyətinə təsir etmişdi. Bu təcrübədən sonra , Eynşteyinin “‘spooky action at a distance” (“uzaktan hayaletimsi etki”) olaraq ifadə etdiyi vəziyyət kvant mexanikasında bir gerçəklik olaraq qarşımıza çıxır.
Aspektin bu təcrübəsi ilə birlikdə dünyada bir çox elm adamları kvant dolanıqlığının mümkün tətbiq və təsirlərini keşf etməyə davam etdiler. Yaxın keçmişdə isə 2010-cu ilin May ayında, Çinli alimlər 10 mil yəni 16 kilometrlik bir uzaqlıqda məlumatın kvant teleportasiya (ing. Quantum teleportation, tr. Kuantum ışınlanma) etməyi bacardılar. Bir informasiyanı eyni anda 16 kilometr uzağa göndərməyi bacardılar demək daha doğru olar və budur “kvant teleportasiya”! 2011-ci ilin yanvar ayında isə Avstraliya Queensland Universiteti fiziklərindən T. Ralph və S. J. Olson zaman boyunca informasiyanın kvant teleportasiyasını dəstəkləyən riyazi formullar əldə etdilər. Bunun mənası keçmişdən gələcəyə informasiyanın kvant telepotasiyasının nəzəri olaraq ortaya qoyulmasıdır. Oksford Universitetindən beynəlxalq bir araşdırma qrupunun liderliyini öz üzərinə götürən S. Simmons ve J. Morton’un Nature dərgisinin 19 yanvar 2011-ci sayında dərc etdirdikləri yazılarında kristallaşmış silikon şəraitində 10 milyard dolanıq fosfor cütü əldə etdiklərini bildirdilər. Silikonun ənənəvi kompüterlərdə məşhur istifadəsi göz önünə alındığında bu müvəffəqiyyət bir qatı ya da silikon əsaslı kvant məlumat prosessorunun hətta kvant kompüterin inkişaf etdirilməsində əhəmiyyətli bir addım olaraq bir çox elm adamı tərəfindən qəbul edilməkdədir.
Kvant dolanıqlığını daha yaxşı anlamaq…
İndiyə qədər kvant dolanıqlığın kvant mexanikasının qeyri-adi bir özəlliyi olduğunu ve birbirləri ilə dolanıq yəni birbirinə bağlı, əkiz zərrəciklərin aralarındakı məsafə nə qədər uzaq olursa olsun birbirlərinə təsir edə biləcəyini ya da biz insanoğlunun sadəcə əkiz zərrəciklərdən birinin vəziyyətini bilərək digərinin vəziyyəti haqqında bilgi sahibi olabiləcəyimizi gördük. Burada bəhs etdiyimiz hal isə zərrəciklərdən birinin koordinatı, impulsu, spini kimi fiziki özəllikləri olduğunu və bu zərrəciklərdən birinin,məsələn, impulsunu ölçdüyümüzdə,əslində digər zərrəciyin də impulsunu ölçdüyümüzü artıq bilirik. Hətta bunların təcrübi olaraq 1980-ci illərdə ilk dəfə gerçəkləşdirildiyini də öyrəndik. Bu məlumatlar ilə riyazi formullar istifadə etmədən kvant dolanıqlığı izah etmək bəzi yanlış izahların qabağını alacağını düşünürük. Bu nöqtədə Fərabinin də dediyi kimi əvvəlcə həqiqəti bilmək gərək: Ancaq doğrunu bilmək də anlaya-anlaya və bir az da daha dərindən araşdıraraq, öyrənərək ola bilər.
Dolanıqlıq yaratmaq üsulları
Dolanıqlıq bildiyimiz kimi subatomik zərrəciklər arasındakı qarşılıqlı təsirlərlə əldə edilir. Belə qarşılıqlı təsirlərin saysız şəkildə ola biləcəyini də söyləyə bilərik. Digər tərəfdən ən çox istifadə edilən metodlardan biri polarizasiyada dolanıq bir foton cütü yaradan öz-özündən parametrik aşağı – çevirmə metodudur.
Dolanıqlığın tətbiqi
Dolanıqlığın kvant məlumat nəzəriyyəsi içərisində çox saylı tətbiq sahəsi vardır. Dolanıqlıq sayəsində mümkünsüz kimi görünən bir çox şeylər reallaşır. Kvant dolanıqlığının ən məşhur tətbiq sahələri arasında kodlaşdırma və teleportasiya vardır. Kvant dolanıqlığının bir kvant kompüterinin işləməsi üçün həyati bir önəmə sahib olduğunu bütün elm adamları qəbul etməse də kvant informasiya prosessoru istiqamətində elmi araşdırmalar sürətlə artmaqdadır. Göründüyü kimi kvant dolanıqlıq kvant şüalanma (teleportasiya), kvant kodlaşdırma ilə rabitə və hesablamaların aparılma mərkəzində bir qaynaq olaraq istifadə edilməkdədir.
Bəli! Bizim eyni qədəri paylaşdığını düşündüyümüz zərrəcikləri açıqlayan kvant dolanıqlıq mövhumu gələcəkdə bizə nələr gətirəcək kim bilir? Lakin şübhəsiz eyni qədəri paylaşan bu cür kvant sistemləri ilə insanoğlu öz gələcəyini dəyişdirməyə davam edəcək …
Mənbə:
http://www.kuark.org/2012/04/kuantum-isinlanma-ve-kuantum-dolaniklik/
Cəhalət ən böyük düşməndir 