Bugün bir sonuca vardım: yaşadığımız uzayda edindiğimiz fiziksel deneyimler insana çok şey kaybettiriyor. Tecrübelerimizle birlikte doğaya dair bir model geliştiriyoruz; akla yatkın(!), mantıklı bir model. Küçükken duvara attığınız bir top sekerek size geri geliyor, bunu belki de yüzlerce kez tecrübe ediyorsunuz. Sonuç olarak mantıklı olan topun duvara çarptığında öbür tarafa geçemeyeceği oluyor. Makro boyuttaki bir hayat için, tüme varmakta sıkıntı çıkarmayacak bir tecrübe. Ayni şekilde, siz bu bilgisayar ekranına baktığınız - bilgisayar ekranını gözlemlediğiniz - için, ekranda meydana gelen bir değişiklik yok. Akla yatkın, değil mi? Çünkü geçmişte tecrübe ettiğinizden farklı bir şey yaşamadınız, modelden dışarı çıkan bir durum değildi bu. Çoğu zaman isinizi kolaylaştıracak olsa da, ayni anda iki farklı yerde de bulunamadınız mesela. Olsa fena olmazdı aslında; ama mantıksız. Kısacası bir olayın olabilirliği, sizin fiziksel olarak deneyimlediklerinizin ne kadar içinde olduğu ile alakalı. Evrimsel anlamda, hayatinizi devam ettirebilmeniz için güzel bir mekanizma; fakat hayal gücüne at gözlüğü takan bir durum. Özellikle de is makro boyuttan bir nötron büyüklüğüne inip, kuantum mekaniğine geldiği zaman.
Feynman’ın çok içten bir sözü var bu konu hakkında : "I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics.” Çok doğru! Doğru, çünkü insan beyni bunu anlamak icin evrilmedi. Doğru, çünkü hiç aynı anda iki farklı yerde olmadık, kutuyu açtığımızda kedinin hayatta oldugunu zaten biliyorduk, ve herkes gözünü bize dikmesine rağmen parçacıklardan oluşmaya devam ettik. Eğer fiziksel tecrübelerinizin size getirdiği sınırlamaları kaldırmayı kabul eder, okuduğunuz şeylere anında “ama bu olamaz ki” tepkisini vermezseniz, insanoğlu olarak yeni yeni keşfetmeye başladığımız, izlediğiniz tüm bilimkurgu filmlerinden daha eğlenceli, ve gerçek olan bir dünyayı deneyimlemeniz mümkün. Çünkü doğa, gerçekten de bir tanecik seviyesine indiğinde çok büyüleyici davranıyor.
Belki duymuşsunuzdur, bundan iki sene önce ilk kuantum işlemci %49 güvenilirlik ile 15’i asal çarpanları olan 3 ve 5’e ayırmayı başardı [1]. Geçenlerde kuantum mekaniği üzerine izlediğim TED seminerlerinden birinde konuşmacı, dinleyicilerin yüzünü gülümseten su cümleyi kurdu,
“So your homework for tonight is to figure out how to factorize 15 into 3 and 5 by using only 5 atoms!”
İnsan bu noktadan sonra, isin fiziğini yalnızca kıyısından köşesinden de olsa anlamaya yaklaşmak umuduyla, internette olan tüm içeriği taramaya başlıyor. En basit haliyle, kuantum bilgisayarların çalışma mantığı şöyle özetlenebilir:
Bilgiyi manipüle edebilmeniz icin - yani bir bilgisayar yapabilmeniz icin - öncelikle bilgiyi maddenin fiziksel bir özelliğine yükleyebilmeniz gerek. Nöronlarınız bunu difüze ettikleri sodyum, potasyum, kalsiyum ve klorid iyonlarının yükleri ile toplama / çıkarma işlemleri gerçekleştirerek yapıyor. DNA’nız, ihtiyacınız olan proteinin bilgisini m-RNA’daki 4 çeşit nükleik asidin dizilimine kodlayarak bu isi gerçekleştiriyor - bir nevi quaternary sayı sistemini kullanıyor. Bu yazıyı okumak icin kullandığınız klasik bilgisayarınız, bilgiyi ikili (binary) sayı sistemine çevirip, 1 ve 0’lari hafızasında bulundurduğu çok küçük manyetik halkaları (toroid) saat yönünde ya da saat yönünün tersinde polarize ederek tutuyor. Bu halkalar bir bitlik bilgiyi temsil ediyor, yani kaç halkanız varsa o kadar bitiniz oluyor. Kuantum bilgisayarların klasik bilgisayardan farkı ise, manyetik halkalar yerine elektronlar kullanması, ve ikili bilgiyi elektronların kendi ekseni etrafında saat yönüne (up-spin) ya da saat yönünün tersine (down-spin) dönmesi olarak kodlaması. Haliyle sezgisel olarak varacağınız sonuç, kaç elektronunuz varsa o kadar bitiniz olacağı, fakat isler tam da bu noktada güzelleşiyor; cünkü bir elektron, es zamanlı olarak, hem saat yönünde, hem de tersine dönebiliyor. Peki bu ne demek?
Tek başına bir quantum bit - yani bir qubit - ayni anda hem 1 hem 0 olabildiği icin 2 bitlik bilgi taşıyabiliyor. 2 qubit, es zamanlı olarak, {00,01,10,11} olabiliyor: 4 bitlik bilgi. Genellersek N qubit, 2^N bitlik bilgi tutabiliyor. Bu, yalnızca 9 elektron ile 1 gigabit bilgi demek! Bu, evrim gibi parametre sayısı düşünebildiğimizin ötesinde olan sistemlerin modellenebilmesi demek. Bu, yaklaşık 14 milyar yıl sürecek bir işlemin dakikalar mertebesinde yapılabilecek olması demek. Çok iyi değil mi ama?
Su an kucağınızda bir kuantum bilgisayar olmamasının bir çok sebebi var elbette. Bir elektronun kuantum mekaniği ilkelerine göre davranması icin çevresinden tam anlamıyla izole edilmesi gerekiyor, ki bu bugünün teknolojisi ile gerçekleştirilmesi emek isteyen bir durum. Çevresi ile etkilesen elektron, quantum decoherence [2] nedeniyle rastgelelik özelliğini yitiriyor, ve ayni anda tek durumda bulunarak taşıdığı bilgiyi bir bite indiriyor. Bir nevi baktığınız zaman utanıyor.
Algılarımıza ters düşen olgulardan biri de zamanın simetrisi, yani fiziksel bir olayın zamanda geri döndürülebilmesi. Bunun nedensellik ilkesi sebebiyle doğru olamayacağı hepimize mantıklı geliyor; çünkü termodinamiğin ikinci yasası ile yönetilen bir evrende yaşıyoruz: entropi sürekli artıyor.
Bir bardak suya bir damla lacivert mürekkep damlattığınızı, ve bu süreci kameraya çektiğinizi düşünün. Mürekkep suyun içinde difüze olacak, ve bir süre sonra bardaktaki su açık mavi bir renk alacak. Deneyimlediğimiz tüm diğer olaylarda olduğu gibi, entropi artacak. Simdi filmi geri sarin, dağılan mürekkep tekrar bir damla haline geri geliyor. Saçma, çünkü bu, entropinin azaldığı, yani günlük hayatta deneyimleyemeyeceğiniz bir sistem. Haliyle akla yatkın değil, mantığa ters, olmaz öyle şey, vesaire, vesaire…
Simdi bu filme biraz zoom yapıp, teker teker moleküllerin etkileşimine baktığımızı düşünün: birbiriyle çarpışan su ve lacivert boyaya. Burada geri döndürülemeyecek bir fiziksel durum yok. Brown hareketindeki [3] rastgelelikten ötürü, bu iki molekül, tekrar çarpışıp eski konumlarına da dönebilirdi; fakat büyük resme baktığınızda mürekkep hiçbir zaman bir damla olduğu duruma geri dönmüyor. Huw Price’in [4] makro - mikro anlamda nedensellik üzerine söylediklerine burada yer vermekte fayda var.
"One problem with this approach is that the distinction between cause and effect requires coarse-graining (çok parçacıklı). On a fine-grained view, where one keeps track of the motion of all relevant molecules, there simply is no change in entropy. Thus on a fine-grained view, one must say that the distinction between cause and effect vanishes, leaving us without an unambiguous distinction between cause and effect.” [5]
Tüm bu okuduklarım - en azından benim icin - okuyabileceğim herhangi bir bilim kurgu romanından çok daha heyecanlı, keşfetmesi müthiş haz veren konular. Eğer mantığınızın üzerindeki tüm kısıtlamaları kaldırıp, hayal gücünüzü rahat bırakırsanız; emin olun mükemmel zevk alıyorsunuz. Sonuçta zamanda geri gitmekten, ayni anda iki farklı yerde olmaktan, hızlı giden nesnelerin kısalmasından, duvara attığınızda öbür tarafa gecen elektronlardan bahsediyoruz! Ve bunlar, sizi oluşturan atomlar kadar gerçek!
[1] http://www.popsci.com/science/article/2012-08/quantum-processor-calculates-15-3x5-about-half-time
*Başlık, R. Feynman'ın "Science is imagination in a straitjacket" sözüne ithafen konulmuştur.
