Bilginin Kuantum Modeli

Teknolojinin gelişmesiyle daha fazla bilgiyi depolamak ve bunu yüzde yüz güvenilir ve gizli şekilde tutmak ihtiyaç hâline geldi. ‘Bilgi nedir, nasıl depolanır, saklanır ve iletilir?’ sorularına şimdiye kadar çeşitli cevaplar verilmiştir. Günümüzde ise kuantum mekaniği prensiplerinden hareketle, ‘bilginin kuantum modeli’ inşa edilmeye çalışılmaktadır. ‘Kuantum dünyasına dayalı bilgi teorisi’ olarak isimlendirilen bu model, bilginin işlenmesi, saklanması ve iletilmesi konusunda yeni ufuklar açmaktadır.

Kuantum mekaniğinin doğuşu
On dokuzuncu yüzyılın sonlarında Newton kanunlarının, mekanik hâdiseleri; Maxwell denklemlerinin de elektrik ve optik hâdiseleri tatmin edici seviyelerde açıklamasından cesaret alınarak, klâsik fiziğin bütün fizikî hâdiseleri açıklayabileceği zannedildi. Ancak aynı yıllarda yapılan bir seri tecrübî çalışma, mevcut fizik teorilerini açıklamakta yetersiz kalınca, yeni teorik modeller bulma arayışına girildi. Yarım asır sonra ‘Kuantum Mekaniği’ isimli fizik bilimi doğdu. Kuantum mekaniğinin gelişmesine yardımcı olan hâdiselerden birincisi, Max Planck tarafından ortaya atılan ‘Karacisim Işıması’dır. 1900 yılında Max Planck, atomlardan yayılan radyasyonun devamlı olmadığını, kesikli (kuantumlar) birimler hâlinde olduğunu ifade etti ve frekansı f olan bir radyasyonun atomlara verdiği enerjinin, hf’nin tam katları olacağını ortaya attı (E=nhf). Burada h, Planck sabitini, E ise enerjiyi temsil eder: (n=1,2,3...). hf temel birimine, enerji kuantumu adı verilir. Bir başka hâdise, Albert Einstein tarafından ortaya atılan fotoelektrik olayıdır. Bir metal üzerine düşen ışınların yüzeyden elektron koparılmasına yol açması (fotoelektrik hâdisesi), ilk defa 1880 yılında Hertz tarafından tespit edildi. Günümüzde içlerinde altın yaldızlı işlemeler bulunan sanat eserlerini ihtiva eden müze ve saray gibi yerlerde flâşlı fotoğraf çekiminin (aslında flâşla birlikte ortaya çıkan ışınların) yasaklanmasının bir sebebi, fotoelektrik hâdisesine bağlı yıpranmanın azaltılmasıdır. Ancak Hertz fotoelektrik hâdisesini açıklayamadı. 1905 yılında Einstein, ışığın bir dalga değil, kuantum (enerji) paketleri şeklindeki tanecikler olduğunu ileri sürdü ve bu açıklaması ona Nobel mükâfatı kazandırdı.

Louis de Broglie tarafından ortaya atılan madde dalgası kavramı, kuantum mekaniğinin gelişmesine yardımcı olan üçüncü büyük adımdır. 1923 yılında de Broglie, uygun şartlar altında taneciklerin de dalga davranışı gösterebileceğini ortaya attı. Bu tanecik-dalga ikilemi perspektifinden, elektron, atom ve molekülleri normalde parçacık (tanecik) olarak düşünürüz. Ancak bu nesneler aynı zamanda dalga gibi de davranırlar. Bu ikilem, daha sonraki yıllarda kuantum bilgisayar fikrinin doğmasına vesile olacaktır.

1926 yılında Davisson ve Germer, nikel kristali tarafından saçılan elektronların dalga gibi davrandıklarını buldu. Bu gelişmelerden sonra, Erwin Schrödinger kendi ismiyle bilinen Schrödinger dalga denklemini ortaya attı. Buna göre, taneciğin belirli bir ândaki durumu, dalga fonksiyonu ile belirlenebiliyordu. Nitekim daha sonra, elektronları temsil eden bir dalga fonksiyonunun varlığı ortaya kondu. ‘Elektron şu zamanda şuradadır.’ diye kesin bir şey söylemek artık imkânsızdı. Elektronların ışık hızıyla hareket eden ve aynı zamanda kendi etrafında soldan sağa veya sağdan sola dönmekte olan parçacıklar olduğu anlaşıldı. Bütün bu gelişmelerin üstüne, 1927 yılında Werner Heisenberg, ‘Belirsizlik Prensibi’ni öne sürdü. Bu prensibe göre, bir parçacığın konumu ile momentumu aynı anda kesin ve güvenilir bir hassasiyetle ölçülemezdi.

Netice olarak Dünya’nın Güneş’in etrafında dönmesiyle açığa çıkan dönme yörüngesinin sâbitliği gibi, elektronların da atom etrafında sabit değerlerde döndüğü şeklindeki klâsik fizik hükümleri kesinliğini kaybetti.1 Bir başka ifadeyle, klâsik fiziğin kanunları, kuantum dünyasında geçerli değildi.

Bit kavramından, kubit kavramına
Klâsik bilgisayar, klasik fiziğin; kuantum bilgisayar ise, kuantum mekaniğinin kanunlarına uyar. Klâsik bilgisayar modelinde, en temel veri birimi bit’tir. Açılımı İngilizcedeki binary digit kavramıdır. Bit, klâsik bilgisayarda saklanabilen bilginin temel kod yapıtaşıdır. Bir bit, belli bir an ve belli bir bilgi için 0 veya 1 değerini alır. Her klâsik bit, makroskopik fizik sistemine (alışageldiğimiz gündelik hayatın kanunlarına) göre anlaşılır. Klâsik mekanikteki bit’in kuantum mekanikteki karşılığı kubittir. Kubit, aynı anda belli bir bilgi için iki durumlu bir değere sahip kod sistemidir. Yani aynı anda 0 da, 1 de olabilir. Süper pozisyonla birlikte, kubitin klâsik bit’ten ayrılan en temel yanı, uyumlu olmasıdır. Süper pozisyon demek, dalga fonksiyonunun, aynı anda hem 0’dan hem de 1’den oluştuğunun (aynı anda muhtemel bütün durumların birlikte meydana geldiğinin) kabul edilmesidir. Bir başka ifadeyle elektron, yörüngelerin bir süper pozisyonunda (aynı anda birkaç yörüngede) olabilir. Klâsik bilgisayar işleyişinde temel iki değer (0 ve 1) kombinezon oluşturduğunda belli bir anda 4 farklı durumdan (00, 01, 10 ve 11) sadece birini meydana getirebilir. Kubitte ise belli bir anda bu dört durumun birlikte var olduğu kabul edilir. Bu şartları tecrübî olarak sağlayan kuantum mekaniğine dayalı birçok sistem bulunmaktadır. Meselâ, bir fotonun polarizasyon yönü, bir manyetik alandaki nükleer spin, bir atomun uyarılmış ve temel hâli örnek olarak verilebilir. Son beş yıldır bilginin kuantum modeli kullanılarak, EPR paradoksu, Bell eşitsizliği, dolanıklılık, kuantum teleportasyon ve kuantum kodlama gibi yeni konular araştırılmaktadır.(3,4,5,6) Bilginin kuantum modeli yeterli seviyede geliştirilebilirse, bilgiyi çok kısa zaman zarfında taşımak, kodlamak ve saklamak gibi imkânlara kavuşabileceğiz.

İmtihan ve tecrübe meydanı olan bu dünyada varlık ve hâdiselere ait bilgilerin bit veya kubit şeklinde kodlanmış olabileceği düşünülebilir. Bu zâviyeden, varlıkların ve hâdiselerin varoluş seviyeleri ‘ilmî’, ‘misâlî’ ve ‘haricî’ şeklinde kategorilere ayrılırsa, konuyu akla yaklaştırmak için misâl dürbünüyle bazı değerlendirmeler yapılabilir.

lmî vücud kategorisindeki varlıklar, hâdiseler ve bunların bilgisi, Allah’ın sonsuz ilmi ve
1905 yılında Einstein, ışığın bir dalga değil, kuantum (enerji) paketleri şeklindeki tanecikler olduğunu ileri sürdü ve bu açıklaması ona Nobel mükâfatı kazandırdı.
iradesiyle takdir edilmiş olup İmam-ı Mübîn olarak bilinen Kader defterinde mevcuttur. Fakat, hâdiselerin vukuundan önce bu bilgiler insana kapalı olduğu için zihinlerde sonsuz denebilecek sayı ve mahiyette ihtimal döner, dolaşır. Henüz ilmî vücud kategorisinde bulunan bu bilgiyi sınıflandırmak ve karışıklıklara (iltibas) meydan vermemek için, kuantum dünyasını izahta müracaat edilen kubit bilgi modeli ışık tutucu olabilir. Nasıl ki, kubit yaklaşımında bütün ihtimallerin aynı anda birlikte mevcut olabileceği (süper pozisyon) bir durumdan söz ediliyorsa, kader ve nasibimizde de takdir edilen hususlar (çok sayıda ihtimal), tâbiri câiz ise, bir bakıma kubit kavramıyla akla yaklaştırılabilir.

Misâlî varlık kategorisinde ise, burada bit ile kubit arası denilebilecek, ilmî seviyede mevcut çok sayıdaki ihtimalî durumun daha aza indirildiği (insan zihninin ve hayal dünyasının birkaç durum arasında gel-git yaptığı ve nihaî durumu tahmin etmeye çalıştığı), fakat hâdise henüz tahakkuk etmediğinden haricî vücud giymemiş bulanık-puslu bir hâlin söz konusu olduğu kategoridir. Günümüzde belli bilim dallarında bulanık (puslu) mantık şeklinde tatbik edilen fuzzy logic uygulamalar kısmen bu kategoride değerlendirilebilir.

Hâricî varlık kategorisinde ise, önceden bilinemeyen fakat neticeleri tahmin edilmeye çalışılan hâdise meydana geldiğinde, bunun vukuundan önce ihtimâlî seviyede olan birçok durumdan sadece biri tahakkuk eder. Bu seviyede, çoklu ihtimal ve durumlar söz konusu olmayıp, varlık ve hâdise doğru-yanlış, iyi-kötü, güzel-çirkin durumlarından sadece birisiyle tarif edilebilir. Yani bu varoluş seviyesinde aynı anda hem iyi hem kötü olamaz. Dolayısıyla buradaki varlık ve hâdiseler artık hâricî elbise giymiş (meydana gelmiş) olduğundan, bunların kategorisi bit bilgi modeliyle açıklanabilir.

Kelâm âlimlerimizin varlıkları ve bunlara ait bilgileri asırlar önce tasnif ve inşa ettikleri âlem tasavvurlarının, bugün kuantum bilgi teorileriyle henüz yeni yeni hecelenmekte olduğunu görünce ne kadar derin ve şumüllü bir tefekkür dünyasına sahip olduğumuzu bir kere daha idrak ediyoruz.

Newton, cisimler için mekanik kanunlarını, Max Planck karacisim ışımasını, Einstein da fotoelektrik olayını keşfetti. Ama bazı şeylerin farkına varmamız gerekmektedir. Mekaniğin kanunları ve kuantum mekaniğinin prensipleri Newton ve Einstein’dan önce de vardı; ama bunların keşfedilmesi onlara nasip olmuştu.

Kâinatta bütün varlıklar çeşitli isimlerle bilinen kanunlara tâbi olarak davranır. Meselâ bir metaldeki elektronlar, Pauli’nin keşfettiği prensibe uymalarından dolayı metallerin iletkenlik, özgül ısı ve diğer hususiyetleri bu prensiple açıklanabilir. Elektronlara bakıldığında; ‘Pauli Dışarlama Prensibi’ne göre bir kuantum sisteminde, iki elektron aynı anda bir kuantum durumunda (yani aynı yerde) bulunamaz. Eğer ‘Her şeyi bu parçacıklar oluşturuyor.’ denirse, o zaman bütün elektronlarda nihayetsiz bir ilmin ve kuvvetin bulunduğu kabul edilmiş olur. Ayrıca bu elektronların Pauli prensibini, kuantum mekaniğini ve diğer bütün kanunları bilmeleri gerekeceğinden, böyle bir durumun gerçek olması akıl dışı ve imkânsızdır.

1920’li yıllarda elektronun (parçacığın) belli bir yerde belli bir zamanda bulunma şansı ancak ihtimalî olarak hesaplanabilir hükmüne istinaden Einstein: ‘Tanrı zar atmaz.’ derken bütün parçacıkların determinizm prensibine uyması gerektiğini düşünüyordu. Yanlışa düştüğü konu da buydu zaten. Einstein’in bu sözü, aslında kâinattaki bütün parçacıkların Allah’ın izniyle, ilim üzerine hareket ettiğine ışık tutuyordu. Görüldüğü gibi, her an yaratılan ve yaratılmış olan bütün zerreleri Allah’ın iradesine vermediğimiz takdirde bütün zerreler adedince zorluklara ve güçlüklere girmiş oluruz.

Kuantum mekaniğinde elektronların (parçacıkların) aynı anda farklı yerlerde bulunma ihtimali, yaratılışların ve daha sonraki bütün hâdiselerin ihtimalî olarak meydana geldiğini göstermez. Aksine, Kader defterinin (İmam-ı Mübîn) bu âlemdeki yaz-boz tahtası (Levh-i Mahv ve İsbat) gibi çalışan ve eşyanın yaradılışında Meşiet-i İlâhîye’yi gösteren kudretin tecelli şekillerini yansıtır. Kuantum mekaniğinin tespitleri, Allah’ın bütün zerrelerin hâkimi olduğunu destekler; çünkü gaybı ancak Allah bilir ve eşya üzerinde hüküm verme gücünü elinde tutan da yine O’dur. Bediüzzaman’ın Otuzuncu Söz’de dediği gibi: “Evet, zerre, acz ve cümûduyla beraber, şuurkârane büyük vazifeleri yapmakla, büyük yükleri kaldırmakla, Vacibü’l-Vücud’un vücuduna kat’i şehadet ettiği gibi, harekatında nizamat-ı umumiyeye tevfik-ı hareket edip, her girdiği yerde ona mahsus nizâmatı müraat etmekle, her yerde kendi vatanı gibi yerleşmesiyle Vacibü’l-Vücûd’un vahdetine ve mülk ve melekutun mâliki olan Zât’ın ehadiyetine şehadet eder. Yani, zerre kimin ise, gezdiği bütün yerler de onundur.”2 Kur’ân-ı Kerîm’de de, “Göklerin ve yerin mülkü Allah’ındır. Allah her şeye kadirdir.” (Âl-i İmrân, 3/189) buyruluyor.

________________

Dipnotlar
1- Bekir Karaoğlu ‘Kuantum Mekaniğine Giriş’, Güven Kitap, 4. Basım, 1998.
2- Bediüzzaman, ‘Sözler’ 30. Söz
3- Nielsen A. M. Chuang I. L. ‘quantum computation and quantum information’ Cambridge university pres 2000
4- Bouwmeester D. Ekert A. Zeilinger A. (Eds.) ‘The physics of quantum information’ Springer 2000
5- Preskill J. ‘Lecture Notes’ http://www.theory.caltech.edu/people/preskill/ph229/ 1998
6- Werner R.F. ‘Some open problems in quantum information theory’ arxiv:guanta-ph/0504166 21April 2005

Yorumlar

Yeni yorum gönder

Bu alanın içeriği gizli tutulacak ve açıkta gösterilmeyecektir.
  • Web sayfası ve e-posta adresleri otomatik olarak bağlantıya çevrilir.
  • Allowed HTML tags: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <b>
  • Satır ve paragraflar otomatik olarak bölünürler.

Biçimleme seçenekleri hakkında daha fazla bilgi

CAPTCHA
This question is for testing whether you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.

Anket

Bilim ile ilgilenir misiniz?:

Son yorumlar