Fizikçiler, ışığı değişime uğratacak bir yöntem ararken ‘kazara’ bir ışın kılıcı teknolojisi yarattılar.
Güç bizimle olsun! Hayaller gerçeğe dönüştü. Efsanevi ‘Star Wars’ (Yıldız Savaşları) serisinin Jedi şövalyeleri tarafından kullanılan ışın kılıçları bilimkurgu olmaktan çıkıp sahip olunabilecek bir teknoloji olma yolunda evrim geçiriyor.
Harvard Üniversitesi Fizik Profesörü Mikhail Lukin ve ekibinin Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ile işbirliği yaparak, ışığın taşıyıcı parçacıkları olan fotonlar üzerinde gerçekleştirdikleri çalışmalar, ortaya bir ışın kılıcı teknolojisi çıkmasıyla sonuçlandı. Tabii ki laboratuara girip fotonlarla oynadıkları esnada bir anda ellerinde bir ışın kılıcı belirivermiş değil. Bu kısmı biraz karışık. Aslında bilim insanlarının amacı, fotonların davranışlarını değişime uğratarak sonuçlarının ne olabileceğini görmekti.
Hatırlarsanız daha önce dergimizin Soru-Cevap bölümünde bu konuyu ele alıp bir ışın kılıcı yaratmanın mevcut teknolojimiz dahilinde çok da mümkün olmadığını anlatmıştık. Bilimkurgunun bu sembolik silahı, daha düne kadar sadece bir hayaldi. Sebebini kısaca özetleyecek olursak: Işın kılıcında kullanıldığı şekliyle, ışınları bir kez harekete geçirdiğimizde durdurmak mümkün değildir. Işınlar karşılarına bir engel çıkana dek yollarına devam ederler. Bu nedenle ışığı içine hapsedecek bir mekanizma kullanmak gerekir. Ama o zaman da elde şeyin gerçek bir ışın kılıcı olduğu söylenemez. Günümüzde oyuncakçılarda satılan yapay ışın kılıçları bu şekilde çalışıyor: Yarı saydam bir tüpün içindeki ışık belirli bir noktaya kadar hareket ediyor ve duruyor. Işınları tüpe hapsetmeden serbest bıraksaydık, karşı karşıya gelen iki ışın kılıcı asla birbirine çarpmazdı. Çünkü ışığın normal tavrı gereğince, ışınlar çarpışmak yerine birbirinin yanından geçip yola devam ederler. Bunun sebebi, fotonların birbiriyle etkileşime girmiyor oluşu.
Geleceğin bilgisayarlarını güçlendirmek adına yürütülen bu araştırmada, ışığın şu ana dek görülmemiş bir şekilde davranabildiği anlaşıldı. Lukin ve ekibi fotonların bu tutumunu değişime uğratmayı başarıp tıpkı ışın kılıçlarında olduğu gibi katı kütleli maddelermişçesine etkileşime girmelerini sağladı. Araştırmada önce rubidyum atomları gaza dönüştürüldü. Bu gaz, lazerlerin yardımıyla mutlak sıfırdan birkaç derece fazla ısıya sahip olacak şekilde soğutuldu. Ardından düşük enerjili bir lazer kullanılarak, fotonların gaza sırayla ve tek tek gönderilmesi sağlandı. İşte bu işlem sırasında oldukça garip bir şey gerçekleşti. Birbirleriyle hiç etkileşime girmedikleri için fotonların tek başlarına gazın içinden geçip yollarına devam etmeleri gerekiyordu. Oysa tek başlarına olmaktansa gazın içinden geçtikten sonra, sanki molekülleri oluşturuyormuşçasına çiftler halinde bir araya toplandıkları görüldü.
Bu Nasıl Mümkün Olabilir?
Bir foton, gaza tek başına girdiğinde, orada birçok rubidyum atomuyla karşılaşıyor ve bu atomlar onun yavaşlamasına sebep oluyor. Yavaşladığında atomlarla enerji değiş tokuşu yapmaya başlıyor. Böyle bir etkileşim atomları uyararak fizikte Rydberg değişimi olarak bilinen durumun ortaya çıkmasını sağlıyor. Formülü ilk olarak İsveçli fizikçi Johannes Rydberg tarafından oluşturulan bu durum, 2009 yılına dek gözlemlenememiş ve sadece teoride var olabilen bir davranış olarak kabul edilmişti. Bu etkileşime ikinci bir foton gönderildiğinde, etkileşimin yaşandığı bölgeye doğru çekilme eğiliminde oluyor. Yani ilk etkileşimi yaratan fotonla hemen onun ardından gönderilen ikinci foton, çiftler haline bir araya gelerek, bir molekül oluşturuyormuş gibi davranmaya başlıyorlar.
Mikhail Lukin bu durumu şöyle özetliyor; “Fotonlar birbirleriyle etkileşime girdiklerinde, bunu abartılı bir şekilde yaparak diğerinin yolundan sapmasına sebep oluyorlar. Bu moleküllerde gerçekleşen durum, fotonların tıpkı filmde gördüğümüz ışın kılıçları gibi davranabildiğini göstermekte.” Ancak bu durumu ışık bazlı teknolojik bir alete dönüştürebilecek kadar kullanabilmek için öncelikle teknik açıdan meydan okuyan birçok etkenin üstesinden gelebilmek gerek. Nitekim araştırmaya MIT adına katılan Qiyu Liang, bu laboratuarda yaratılan koşulların gündelik hayatımızdaki standart sıcaklık seviyesinde kolayca oluşturulamayacağının üzerinde duruyor: “Fotonların tek tek ışınlanmasını sağlayabilmek adına sonsuz güce sahip bir lazere sahip olsaydık, oda sıcaklığında bile aynı durumu yaratabilmemiz mümkün olurdu.”
Böyle bir lazere sahip olmadığımız için, yaratılan ışın kılıcı teknolojisinin gerçek olduğunu fakat onu bir kılıç formuna getirsek bile şimdilik sadece laboratuardaki bu özel ortamda kullanabileceğimizi söyleyebiliriz. Ancak tabii ışığın bu şartlar altında kontrol edilebiliyor olduğunu anlamış olmak bile, bilim insanlarının bundan sonrasında onu kullanarak çok önemli gelişmelere imza atmasıyla devam edecek. Hatta şimdiden bazı planlar yapılmaya başlandı bile. Örneğin, bu yeni teknik sayesinde ışığa şifreli enformasyonların yüklenmesi ve bilgilerin ışıkla iletilip elektronik devreler tarafından elektrik sinyallerine çevrilerek kullanılması hedefleniyor. Bu, günümüz fiber optik teknolojisinin çalışma şekline çok benziyor. Neticede bilgi, ışık sinyalleriyle iletilerek bir yerden başka bir yere taşınmış oluyor. Araştırma grubunun da zaten yeni bilgisayar teknolojileri geliştirmek adına çalışırken bu icadı yapmış olduklarını hatırlatalım. Amaçlarıysa enerji açısından daha verimli çalışan mikro yongalar üretmekti.
Hatta bu etkileyici teknoloji, kuantum bilgisayarların gelişimi açısından da büyük önem taşıyor. Çünkü son derece soğuk olan gazın içindeki etkileşim sayesinde bir araya gelen foton çiftleri, kuantum dolanıklık olarak bilinen durumu meydana getiriyor. Ve optik kuantum bilgisayarların kalbinde, verilerin birbiriyle iletişim halinde olan fotonlara yüklenmesi yatıyor. Özetle, bu keşfin yakın gelecekte hem klasik bilgisayarlar hem de kuantum bilgisayar teknolojileri için büyük atılımlara dönüşeceği söylenebilir.
