Quantum dolanıklık ya da kuantum dolanıklık, kuantum mekaniğine has olan özeli bir olgu olmaktadır. Dolanıklık, kuantum sistemlerinin birbirleriyle girift olduğu, klasik fizikteki ilişkilere pek benzemeyen özellikleri ifade eden veya açıklayan durumu ifade etmektedir. İki ya da daha fazla parçacığın belirli bir özellik üzerinde ölçüm yapıldığında bu özelliklerin belirlenmesini etkileyen duruma kuantum dolanıklık adı verilir.
Daha matematiksel bir tabir ile açıklayacak olursak. Bir küme parçacığın her birinin kuantum durumumun, parçacıklar birbirinden aşırı uzak mesafeler boyunca ayrılsalar dahi, diğerlerinin durumundan bağımsız olarak tanımlanamayacağı şekilde meydana getirdiği, etkileştiği ya da uzamsal yakınlığı paylaştığı meydana gelen fiziksel olguya quantum dolanıklık denmektedir.
Kuantum Fiziği Nedir?
Kuantum fiziği, Albert Einstein başta olmak üzere Max Planck, Niels Bohr ve Werner Heisenberg gibi pek çok bilim adamının çalışmaları sayesinde yirminci yüzyılda gelişmeyi başarmıştır. Buna göre kuantum fiziği, mikroskobik parçacıkların davranışını ve etkileşimlerini açıklamak için kullanılan bir kuram daha doğrusu fizik kuramıdır.
Kuantum fiziği söz konusu olduğunda klasik fizikten bahsetmemiz ne yazık ki mümkün değildir. Klasik fizikten farklı olarak kuantum fiziği, belirli bir sistemin özelliklerini ya da durumlarını kesin bir şekilde açıklamak veya belirlemek yerine olasılık dağılımlarıyla işler. Bu şekilde gelişen ve ilerleyen fizik kuramı, mikro dünyadaki parçacıkların dalga/ parçacık ikiliği ve belirsizlik ilkesi gibi kavramlarla tanımlanır. Bu yüzden quantum dolanıklık olgusunu anlayabilmek için ilk olarak kuantum fiziğini kavramak gerekir.
Dalga ve parçacık ikiliği kavramına baktığımızda bu kavram, hem parçacık hem de dalga özelliklerine sahip olduklarını söyleyebiliriz. Elektronlar hem parçacık gibi belirli bir konumda bulunabilirler hem de dalga gibi geniş bir yere yayılma imkanına sahiptirler. Böyle bir durum, farklı ölçüm sonuçlarının olasılıklarını temsil eden dalga fonksiyonuyla ifade bulur.
Kuantum fiziği; atomaltı parçacıkların davranışlarını, yapısını, elementlerin kimyasal biçim veya özelliklerini, yarıiletkenlerin elektriksek davranışlarını ve elektromanyetik radyosunun etkileşimini ispat etmek ve matematiksel veriler ile açıklamak üzere kullanılmaktadır.
Kuantum Dolanıklık ile Kuntum Fiziği Arasındaki İlişki:
Quantum dolanıklık için konuşuyorsak, kuantum fiziğinden söz etmemiz çok yanlış olur. Kuantum fiziği, mikroskobik dünyadaki parçacıkların davranışını ve etkileşimlerini açıklamak için kullanılan, 20. Yüzyılda tarihteki önemli bilim adamlarının desteği ile gelişmiş fiziksel bir kuramdır. Kuantum dolanıklık ise kuantum sistemlerindeki parçacıklar arasındaki özel bir bağlantı durumunun ifadesi için kullanılmaktadır.
Quantum dolanıklık, iki veya daha fazla parçacığın birbirleriyle grift şekilde, etkileşime girdiklerinde, etkileşimin klasik fizikteki ilişkilere benzemeyen özelliklere sahip olduğunu açıklar. Dolanıklık durumu, bir parçacığın özelliklerinin anında belirlendiğini ifade eder. Bu etkileşim sayesinde parçacıklar arasında bir tür quantum bağlantısı ortaya çıkar. İşte quantum dolanıklık bunun ispatı için vardır.
Quantum Dolanıklık Örneği:
Kuantum dolanıklık için halen pek çok araştırma veya çalışma yapılmaktadır. Ancak bundan neredeyse 100 yıl önce Einstein, Podolsky, Rosen (EPR) paradoksuyla ortaya çıkmıştır. Bu paradoks, kuantum dolanıklık için en önemli örneklerden bir tanesidir. Öyle ki şu ana kadar yapılan pek çok çalışma bu örnek ile şekil almıştır.
Bu paradoks, quantum dolanıklığın bir sonucu olarak, parçacığın özellikleri üzerinde ölçüm yapıldığında, diğer parçacığın özelliklerinin anında belirlediği gözükmüştür. Bu durum sayesinde, parçacıklar arasında bir bilgi iletişimi olmadan hızlı bir etkileşim alındığı ispat edilmiştir. Quantum dolanıklık için bu örnek oldukça mühimdir. Parçacıklar, birbirleriyle temas etmeden etkileşime girebilmiş ve özellikler birbirleriyle paylaşılmıştır.
Quantum Dolanıklık Nerede İşimize Yarar?
Bu teorem Çeşitli paradokslar ile ispat edilmiştir. Klasik fizikten ayrılan kuantum dolanıklığını anlamak, insan yaşantısı için oldukça önemlidir. Gelişen teknolojiye ayak uydurmak ve onu bir üst seviyeye taşımak için dolanıklık olgusunu kavramamız gerekmektedir. Sadece kavramak ile kalmayıp, bu olguyu ilerleyen süreçlerde elektronik cihazlarda kullanabileceğimiz bir hale sokmalıyız. Çeşitli araştırmalarda quantum dolanıklık ilkesini benimseyip araştırmalarımıza hız katmalıyız. Çok daha kapsamlı düşünmek adına gelin nedenleri birkaç madde ile sıralayalım;
- Temel Fizik: Kuantum dolanıklık, quantum mekaniğinin temel bir özelliği olmaktadır. Bu durum, klasik fizikte var olması mümkün olmayan özellikleri ifade eder. Ve kuantum fiziğinin özgün olan özellikleri yansır. Kuantum dolanıklığı mükemmel şekilde anlamak bizlere temel fiziğe dair pek çok şeyi anlamamamıza imkân verir. Örneğin mikroskobik dünyanın doğasını anlamamıza ve kuantum kuramının temel prensiplerini kavramamızda quantum dolanıklık etkisi çok büyüktür.
- Temel Araştırmalar: Kuantum dolanıklığı, kuantum fiziğiyle ilgili temel araştırmalar için önemli bir zemin oluşturmaktadır. Dolanıklık, kuantum mekaniğinin derinliklerini anlayabilmek, parçacıklar arasındaki ilişkiyi keşfedebilmek ve kuantum kuramının sınırlarını test edebilmek için mühim bir ihtiyaçtır. Çeşitli deneyleri mükemmel bir seyirde gerçekleştirebilmek için dolanıklık olgusu iyi kavranmak zorundadır. Bu tür araştırmalar veya deneyler, temel fiziğin ilerlemesinde oldukça önemlidir. Ve bundan daha da önemlisi yeni şeylerin keşfedilmesine olanak sağlamaktadır.
Quantum Bilgisayarlar:
Quantum dolanıklık olgusunu kullanarak kuantum bilgisayarlar yaratılır. Bu bilgisayarlar, klasik bilgisayarların aksine çok daha hızlı veya güçlülerdir. Çeşitli hesaplamalar yapmaya ve bir adım ilerisini görmeye bu bilgisayarlar kullanılabilir. Dolanıklık, kuantum bitlerinin veya diğer bir adıyla “qubitlerin” birbiriyle etkileşim içinde olduğu ve paralel hesaplamaların gerçekleştirebileceği bir imkanı sunmaktadır. Bu kadar karmaşık problemler ne yazık ki günümüz bilgisayarlarda sonuca varmaz. Bunun için quantum dolanıklık ilkesi ile benimsenmiş, quantum bitlerinin kullanıldığı bilgisayarları kullanmamız gerekmektedir.
Quantum İletişim:
Tıpkı kuantum bilgisayarlar gibi kuantum dolanıklık teoremi ile yeni iletişim olanakları da sağlar. Kuantum dolanıklılığı, kuantum iletişiminde güvenliğin temelini inşa eder. Dolanıklık kullanılarak, kuantum anahtar dağıtımı yani “quantum key distribution – QKD” ismi verilen bir yöntemle güvenli bir şekilde şifreleme anahtarları paylaşılır. Quantum dolanıklık sayesinde, anahtarın gizliliği ve bütünlüğü garanti edilir. Yani işin özü kuantum dolanıklık, daha güvenli, daha garantidir. Ve daha pratik bir şifreleme gücünü insanlara bahşeder.
Quantum Sensörler:
Kuantum dolanıklılğın bir diğer kullanıldığı alan da sensörleredir. Hassas sensör imalatında veya geliştirilmesinde kuantum dolanıklık önemlidir. Kuantum etkileri kullanılarak, kesin ve garanti ölçümler yapılmaktadır. Manyetik alan sensörleri, manyetik rezonans görüntüleme gibi çeşitli alanlarda kullanılan bir kuramdır.
Quantum Dolanıklık Kanıtlandı Mı?
Daha önce çeşitli araştırmalara tabii olan quantum dolanıklık, ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nde (NIST) çalışan fizikçiler quantum fiziğinde uzaktan etki olduğunu birtakım deneyler sonucu kanıtladırlar. Bu durum, olası çalışmalara hız kattı ve daha pek çok deneyin yapılmasına olanak sağladı. Bu etkiyi tıpkı bir “domino” taşına bilim adımları benzetmiştir. İlerleyen yıllarda dolanıklığı teknolojik gelişmelere katkı vermesi için kullanmayı düşünüyorlar. Elbette şu an için bu erken olsa da çeşitli araştırmalar sürüyor.
Kuantum Dolanıklık Türleri:
Quantum dolanıklık oldukça fazla türe sahiptir. Bunun için bazı temel türleri öğrenmek ve onlar üzerinden araştırma yapmak her zaman daha sağlıklıdır. Kuantum dolanıklık türlerinin ilki Einstein, Podolsky ve Rosen (EPR) paradoksu olarak EPR dolanıklığıdır. İkinci sırada John Bell tarafından formüle edilen Bell teoremi yani Bell dolanıklılığı yer alır. Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) dolanıklığı ise üçüncüsüdür. Spin dolanıklığı da sonuncu dolanıklık türüdür. Bu türleri anlamak ve üzerinde araştırmalar, quantuk dolanıklık üzerinde bilgi sahibi olmamızda oldukça kolaylık sağlar.