Birikenler

Ağustos 19th, 2009 • Yorum yapılmamış Haberler, Kuantum Fiziği, Nanoteknoloji
Etiketler: EPR paradox, fcf, fotonik kristal, kuantum bilgisayar, kuantum haberleşme, kuantum optik, lazer, optics, optik, optoelektronik, organics, organik, parçacık hızlandırıcı, pcf, quantum optics, SPDC

Bir kaç haftadır, hakkında bir şeyler yazmayı planlayıp da yazamadığım güzel makaleleri en azından başlık başlık listelemek istiyorum:

Lazer ile parçacık hızlandırmak — Nature Photonics 3, 423 – 425 (2009), DOI: 10.1038/nphoton.2009.119

Günümüz parçacık hızlandırıcılarına nazaran daha verimli çalışabilecek ve daha uzuca iş görebilecek bir parçacık hızlandırma yönteminden bahsediliyor. Petawatt lazerlerle, parçacıkların ultra yüksek enerjilere hızlandırılabileceği öne sürülüyor.

Optik anahtarlama — Nature Photonics 3, 429 – 430 (2009), DOI: 10.1038/nphoton.2009.125

Ortası boş fotonik kristal fiberlerin boş kısmına, rubidyum atomları sıkıştırarak, ışığı bu alana hapsedince, çok soğuk sıcaklıklarda, tek fotonlar için tümüyle optik bir anahtarlama yöntemi elde edilmiş. Böyle bir yöntem şu anda elimizde olmayan optik anahtarlar için gerekli bir şey. Zira elektronik devrelerde anahtarlama çok rahatbaşka bir elektronik devre ile hallediliyor, ama optik devrelerde böyle bir mekanizma yok. Onun yerine elektronik devrelerle anahtarlama yoluna gidiliyor ki, çoğu uygulamada elbette bu yöntem yeterli kalmıyor.

Tek fotona şekil verme — Nature Photonics 3, 430 – 432 (2009), DOI: 10.1038/nphoton.2009.122

Kuantum optikte sıkça kullanılan tekli fotonların faz farklarıyla oynanması ile yararlı uygulamalar geliştirilmiş.

Diyot lazerlerle yeşil ışık — Nature Photonics 3, 432 – 434 (2009), DOI: 10.1038/nphoton.2009.124

Özel bir şirket bünyesinde yapılan araştırma ve geliştirme sonucunda InGaN tabanlı diyotlar ile yeşil dalga boyunda ışık veren yarı iletken lazer üretilmiş. Yeşil ışık veren lazerler genelde gaz lazerlerdi, bu tip bir lazer yeni yeni geliştirilen lazer televizyonlarda kullanılabilir.

Organik çağı — Nature Photonics 3, 439 (2009), DOI: 10.1038/nphoton.2009.127

Yine Nature Photonics’in aynı sayısından bir yazı. Bu editoryal, organik ledlerden daha bir çok organik uygulamaya, organik teknolojiler hakkında güzel bir özet sunum yapmış.

Bağımsız yarıiletken nanoyapılardan ayırd edilemez fotonlar — Phys. Rev. Lett. 103, 053601 (2009), DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.053601

Bu sefer biraz daha detaylı ve ağır bir yazı sunuyorum. Fizik Özet Mektupları olarak dilimize çevirebileceğimiz Physical Review Letters isimli en saygın fizik dergilerinden birinde yayınlanmış bu yazıda, birbirinden bağımsız, izole olmuş, ZnSe/ZnSeMg kuantum kuyularındaki safsızlık olan florin adacıklarına bağımlı egzitonlardan ayırd ediemeyen fotonların üretildiği gözlemlenmiş. Bunun manası nedir peki tam olarak? Şu anda kuantum heberleşmeyi mümkün kılan şey, birbirine dolaşık iki foton çiftidir. Bu çiftler spontane parametrik alt dönüştürme (SPDC, Spontaneous Parametric Down Conversiton) denilen bir yöntemle elde edilmekte.

Bunu biraz daha açmak istiyorum. SPDC yönteminde tek foton üreten bir kaynaktan çıkan fotonlar özel bir doğrusal olmayan kristale verilirler. Bu kristal arada sırada birbirine dolaşık bir foton çifti üretir. Dolaşıklığın anlamı, bir fotona yapılacak bir işlemin anında diğer foton üzerinde etkili olmasıdır. Örneğin bir fotonun polarizasyonunu değiştirirseniz sanında diğer fotonun polarizasyonu da bundan etkilenecektir (Einstein, Podolski, Rosen paradoksu olarak tarihe geçen paradoks bunun aslında imkansız olduğunu savunuyordu ama ne yazık ki, bu şekilde çürütüldü).

Bu makaledeki yöntem bu işi bu kadar karmaşıklığa mahal vermeden çözmeyi öngörüyor. Çünkü yukarıda anlattığım dönüştürme işleminin kuantum verimliliği oldukça düşük. Yani işimize yarayacak fotonlar çıkana kadar belki bir çok fotonun girmesi gerekli. Eğer bu makaledeki yöntemin kuantum verimliliği yeterli olursa SPDC’ye gerek kalmadan birbirine dolaşık fotonlar üretilebilecek.

Elimdeki tüm bağlantılar bunlar değil ama yazı çok uzamasın diye şimdilik bırakıyorum.

Kuantum Mekaniği

Temmuz 19th, 2009 • Yorum yapılmamış Kuantum Fiziği, Sözlük
Etiketler: kuantum, quantum mechanics

Kuantum ile ilgili yazıların ikincisini konuyu biraz açmak üzere tasarladım. Okumaya başlamadan önce kuantumu anlatmaya çalıştığım ilk yazıya bakmanız iyi olabilir. Bu yazıda kuantum mekaniğinin postülalarını(koyut diye çevirmiş TDK, genel olarak bir şeyi ispatlarken varsayılacak şeyler gibi bir anlamı var), yani temel direklerini anlatmaya çalışacağım.

Aslında tarihsel olarak kuantum mekaniği bu şekilde açıklanmaya çalışılmamış. Yani kuantum mekaniğine neden gerek duyuldu gibi bir mantık ile düşünmeyin bu yazıyı. Daha ziyade kuantum mekaniğini anlamak için bir ilk basamak olarak düşünün. Bu tip bir yaklaşımın güzellikleri olmasının yanında, bence, en kötü özelliği konuyu kavramak için üstüne biraz daha bir şeyler eklemek gerekliliğidir. Okullarda da bu yazıdaki mantık silsilesi gösterilir ama öğrenci (yani ben) bu basamağı sanki bir “neden”miş gibi algılayıp kavrama mantığını bu ilk dersin üstüne oturtmaya çalışır. Halbuki nedenden ziyade nasıl işlendiği için bu tip bir kavrama teşebbüsü iyi sonuçlar doğurmayabilir.

İşin nedenine inmak için belki bir bilim tarihi kitabı okumak daha verimli olabilir. Matematiksel silsileyi oturtmak ve klasik mekaniğin nerelerde yetersiz kaldığını anlamak için ise Newton mekaniğinden başlamak gerekir, ki bu da çok zaman alır.

Benim tavsiyem işin nedenine çok takılmadan nasılına bir göz atmanız. Kuantum mekaniğinin matematiğini kavramak gerçekten zaman ve emek alan bir iştir. Fiziğinin asıl sebeplerini zaten kimse bilmemekte. Tek bildiğimiz parçacıklar belli özellikler göstermekte ve belli kurallara uymaktalar. Çok sığ gözükse de aslında bu kadar bilgi bile şu anda gelinen teknolojik seviye için yeterli olmuş. Belki daha soyut uygulamaların hayata geçirilmesi için, mesela kuantum bilgisayarların realizasyonu için fiziğin daha net açıklanabilmesi gerekebilir. Son birkaç cümleden bir şey anlamadıysanız çok üzülmeyin, daha ayrıntılı bir yazıyla açıklamay açalışırım ileride.

Kuantum mekaniği ile klasik mekanik arasındaki en önemli fark parçacıkların nasıl davrandığını anlatma biçimleridir bence. Klasik mekanik bir parçacığı yer ve momentumu ile tanımlar. Yer tanımını bir koordinat sistemine ve bir merkeze (orijin) göre tanımlarken o andaki hızını ve gitmekte olduğu yönünü momentum ile tanımlar. Momentum tanımını başka bir yazıda yaparım ama kısaca değinmek gerekirse kütle ile hızının çarpımı diyebiliriz. Yani momentum bilgisi içerisinde hem kütle hem de hız bilgisi yatmakta. Yer ve momentum bilgilerini kullanarak parçacık hakkındaki diğer her türlü bilgiyi elde edebilirsiniz.

Kuantum

Haziran 16th, 2009 • Bir yorum yapılmış Kuantum Fiziği, Sözlük
Etiketler: kuantum

Kuantum fiziği ya da kuantum mekaniği atom altı boyutlarda geçerli doğa kanunlarını açıklamaya çalışan bir fizik konusudur. Kuantum kelimesi dilimize nicem diye çok doğru bir şekilde çevrilmiştir. Fakat, kuantum fiziğini bu konuda bilgisi olmayan birine anlatırken nicem mekaniği demek de kesmiyor. Konu zaten kendinden bir anlaşılmazlış taşırken Türkçesinin (aslında İngilizcesinin de) çok garip bir kelime olması bir anlaşılmazlık katmanı daha ekliyor.

Lafı gevelemeden nice yani kuanta ya da quanta kelimelerinden işe başlayalım. Nice kelimesini ben uydurdum aslında. Hemen TDK sözlüğüne bakıyorum…, ve evet yanılmamışım. Nice miktar anlamına geliyor. Nicelik kelimesinin de kökeni diyebiliriz. Miktardan kasıt sayısal bir değer yani “10 tane elma” derken nicelik 10 sayısına denk geliyor. “On elma” öbeğindeki sıfada da bu yüzden nicelik sıfatı diyoruz. Osmanlıcası da kemmiyet. Hatta işi biraz daha geyiğe vurmak için “nicelik değil nitelik önemlidir” denir mesela; yani çokluk değil nasıl olduğu önemlidir. Osmanlıca’da da “kemmiyet değil keyfiyet lazımdır” denebilir. İngilizce’de de “not the quantity, but the quality is the important thing” gibi bir şeyler denebilir. Yani bu kadar açıklamadan sonra “kuantum” kelimesinin “kuanta” ya yani “quantity”nin köküyle aynı şeye denk geldiğini anlamışsızdır umarım. Yani sayılabilir bir şeylerden bahsediyoruz. Bu genellikle “bir, iki, üç” gibi bir sayılma demek. Şimdi niye bu kelime üzerinde bu kadar duruldu ve hatta kuantum mekaniği ile alakası nedir onu açıklamaya geçelim.

Kuantum mekaniği zamanında klasik mekaniğin açıklayamadığı bazı olayları açıklamaya çalışırken çıkmış bir konu. Klasik mekanik de bildiğiniz Newton mekaniği yani lisede başlangıç tadında işlediğimiz mekanik. Tabii kuantum çıkmadan önce de “klasik”miydi bilmiyorum. Bence değildi. O zamanlar bence o mekaniğe sadece “mekanik” ya da “Newton mekaniği” gibi şeyler deniyordu.

Açıklanamayan olarlar neler diye soracak olursanız ilk olarak aklıma ışık görüngeleri geliyor. Hani güneş ışığını prizmadan geçirince çıkıyor ya. Gökkuşağı gibi. İşte o tip bir görüngeyi tüm ışımalara uygulayabiliyorsunuz. Mesela mavi ışığa uyguladınız diyelim. Yüm bir gökkuşağını görmek yerine sadece mavi kısımda birkaç çizgi görüyorsunuz (aslında çizgi görmek için özel bir kaç ekipmana ihtiyacınız var, prizmadan mavi ışığı geçirirseniz muhtemelen gene mavi bir ışık görürsünüz). Bu görünye yöntemi gelen ışığın nasıl bir kaynaktan geldiğini anlamamıza yardımcı oluyor. Floresan lambaları düşünün. O lambaların içinde civa gazı falan var değil mi? İşte o gazı çıkarım diyelim ki Helyum koydunuz. Beyaz filtreyi boyamadığınız zaman helyumun ışıma rengini göreceksiniz. Bunu bir prizmamsı aletten geçirirseniz elinizde Helyumun ışık görüngesi olacaktır. İyi bir düzenekle bu görüngenin aslında ayrık bir kaç noktadan oluştuğunu gözlemlersiniz. Yani helyum sadece bir kaç dalga boyunda ışık saçıyor. Sadece belli dalga boylarında. Bunun çevirisi şudur. Helyumun yörüngelerinde dolaşan elektronlar sadece belli atlamalar yapıyorlar. Bu atlamalarda da belli enerjide ve dolayısıyla belli dalga boylarında ve dolayısıyla belli renklerde ışık saçıyor.

Görünge çizgileri (Wikipedia)

Eee… Bunun neresinde kuantum var? İşte belli…belli…belli diye saydım ya. Saydım yani. Bir, iki, üç… diye. İşte kuantum bu.

Klasik mekaniğe göre ise elektronlar her eşenrjide atlama yapabilmeli! Yani helyumu ışıttığımızda belli bir renkte ışık almak yerine bembeyaz bir ışık almalıyız. Ama olmuyor.

İşte aklıma gelen en basit ve en güzel örnek bu.

Tabii ki bu belki kuantum mekaniği konusunun sadece ufak bir kısmı. Kuantum mekaniği, her türlü enerjiyi belli kuantalara ayırır. Mesela ışık için bu kuanta fotondur. Elektrik için elektron, yerçekimi için graviton (”gravite”den), ses(titreşim) için fonon,… Asıl soru şu. Biz neden bunu tam olarak algılayamıyoruz? Yani elektrik akımını devamlı süregiden bir akım olarak görüyoruz da dıt..dıt..dıt diye atlayan bir şey olarak görmüyoruz? Bunun cevabını yazının başında vermiştim aslında. Kuantum mekaniği atom altı dünyada olup biteni açıklamak için bir kuram. Yani belli bir ölçekte anlamlı oluyor. Ölçek büyüdükçe zaten gözümüzün dibine kadar giren klasik mekanik geçerli oluyor. Bu geçiş nasıl oluyor tam bir bilgim yok. İleride öğrenebilirsem yazarım.

Kuantumla alakalı başka bir çok konu var. Belirsizlik ilkesi, v.s. gibi; ama, bir açıklama niteliğindeki bu yazıya eklemek istemiyorum. Onlar için ayrı ayrı yazılar yazarım.

Resim kaynağı: Wikipedia

Kuantum bilgisayar ya da hesaplama

Haziran 15th, 2009 • Bir yorum yapılmış Kuantum Fiziği, Sunum
Etiketler: kuantum, kuantum hesaplama, quantum computation, Sunum

Finallerin bitmesinden ve tehlikeli durumları atlattıktan sonra yaptığımız ilk grup toplantısında hocamın verdiği bir makaleyi sundum. Makalenin kuantum bilgisayarlar hakkında çok dar sayılabilecek bir konusu vardı ama sunumu renklendirmek adına kuantum bilgisayarlar hakkında temel sayılabilecek bir kaç bilgi de koydum. Sunuma aşağıdaki bağlantıdan ulaşabilirsiniz. Sunum nedense İngilizce (!). Bunun daha geni bir Türkçe sürümünü hazırlarım zaman bulunca. Hatta bir iki gün zarfında açıklayıcı bir kaç yazıyla kuantum bilgisayar nedir ne değildir tanıtmaya da çalışırım.

All Optical Quantum Computation (Powerpoint 2007 Sunumu, 329KB)

Aşağıda da çevrimiçi izleyebileceğiniz bir sürümü var

Sunumu ufak bir grup için hazırladığımdan dolayı referansları sallamıştım. Referans kısmı aşağıdadır.

1. Nielsen, Michel A. ve Chuang, Isaac L., Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, Londra (2000).
2. Walther, P. et al., Nature 434, 169-176 (2005) DOI: 10.1038/nature03347
3. Gisin, N. et al., Rev. Mod. Phys. 74(1), 145-195 (2002) DOI: 10.1103/RevModPhys.74.145
4. Politi, A. et al., Science 320, 646-649 (2008) DOI: 10.1126/science.1155441

Asıl anlatmaya çalıştığım makale 4. referans. Kübit resmini de Wikipedia‘dan aldım.