Deney, biyolojik
sistemlerde kuantum mekaniksel etkiler gösteriyor
Nobel ödüllü fizikçi Erwin Schrödinger ilk
olarak yaklaşık 75 yıl önce
yayınlanan "What is life?" adlı kitabında atom-altı
parçacıkların gizemli dünyasını betimleyen kuantum mekaniğinin biyolojide de
bir rolü olup olmadığı sorusunu sormuştu. Northwestern Üniversitesi’nden Prem
Kumar’ın son bulguları, bu soruya cevabın evet olabileceği yönünde yeni
kanıtlar sunuyor bize.
Kumar ve ekibi, dünyada ilk kez bir biyolojik
sistemde kuantum dolaşıklık yarattı. Kısmen Defense Advanced
Research Projects Agency tarafından desteklenen ve 5 Aralık'ta Nature
Communications'da yayınlanan bu araştırma, bilim insanlarının temel
biyoloji anlayışını derinleştirebileceği gibi, kuantum mekaniğinden yaralanarak
biyolojik araçların yeni amaçlar için kullanılmasının önündeki kapıları da
aralayabilir.
Northwestern'de McCormick Mühendislik Okulu'nda elektrik
mühendisliği ve bilgisayar bilimi, Weinberg Sanat ve Bilim Koleji'nde ise fizik
ve astronomi profosörü olan Kumar, "Biyoloji öğrenmek için kuantum (teorik
ve teknolojik) araçları kullanabilir miyiz?" diye soruyor ve ekliyor:
"İnsanlar bu soruyu yıllardır, kuantum fiziğinin ilk günlerinden beri
soruyor. Bu yeni kuantum durumlarına (yani dolaşık durumlara) karşı duyduğumuz
bu ilginin temelinde başka şekilde kesinlikle mümkün olmayan uygulamara izin
vermeleri yatıyor."
Yabancısı olanlar için kuantum dolaşıklığın kuantum mekaniğinin en
gizemli olgularından bir tanesi olduğunu söyleyebiliriz. Atom, foton ya da
elektron gibi iki parçacık dolaşık olduklarında, evrenin iki zıt köşesinde
bulunsalar bile korunan ve anlaşılması güç bir bağ deneyimliyorlar. Öyle ki
parçacıkların birinin davranışı diğerininkine bağlı oluyor. Örneğin, bir
parçacığın spini belli bir doğrultuda bunuyorsa, eş zamanlı olarak diğerinin
spinin doğrultusu da dolaşıklığın dayattığı şekilde değişiyor. Kumar dahil
birçok araştırmacı kuantum iletişim dahil birçok uygulama için kuantum
dolaşıklıktan faydalanmaya çalışıyor. Zira dolaşık parçacıklar telsiz veya
kablosuz etkileşebilecekleri için, güvenli mesaj göndermede veya oldukça hızlı
bir kuantum internet kurmada kullanılabilirler.
"Araştırmacılar üzerlerinde kuantum makineleri tasarlayıp inşa
edecekleri bir zemin geliştirmek için her geçen gün daha da fazla sayıdaki atom
veya fotonu dolaştırmak için uğraşıyor." diyor Kumar ve ekliyor:
"Benim laboratuvarım ise bu makineleri bir biyolojik zemin üstünde inşa
edebilir miyiz sorusunu soruyor."
Bahsi geçen çalışmada Kumar'ın ekibi biyo-ışımadan sorumlu olan ve
biyomedikal araştırmalarda da sıklıkla kullanılan yeşil floresan ("green
fluorescent") proteinlerini kullanıyor. Ekip alglerin fıçı-şekilli protein
yapısı içindeki floresan ışıma yapan molekülleri birçok dalga boyunun birbiri
ile etkileşip yeni dalgaboyları ürettiği ve "spontaneous four-wave
mixing" adı verilen bir sürece maruz bırakarak, moleküllerin ürettikleri
fotonları dolaştırmayı denemiş.
Böyle bir dizi deney boyunca Kumar ve ekibi başarılı bir şekilde
foton çiftleri arasında polarizasyon dolaşıklığı olarak adlandırılan tipte bir
dolaşıklık üretmiş. Polarizasyon, 3D filmleri izlerken kullandığımız gözlükleri
yapmak için de kullanılan bir özellik ve kabaca ışık dalgalarındaki
salınımların doğrultusu olarak düşünülebilir. Bir dalga dikey, yatay veya farklı
bir açıda salınabilir. Kumar’ın dolaşık çiftlerinde fotonların polarizasyonu
dolaşık, yani ışık dalgalarının salınım doğrultuları birbirine bağlı. Kumar
"Bir parçacığın dikey polarizasyonunu ölçtüğümüz zaman, diğerinde de bunun
aynı olması gerektiğini gördük. Bir parçacığın yatay polarizasyonunu
ölçtüysek, diğer parçacıktaki yatay polarizasyonu tahmin edebildik. Aynı anda
olasılıkların hepsinde birden ilintili olan bir dolaşık durum yarattık."
diyor. Ayrıca floresan ışıma yapan molekülleri çevreleyen fıçı-şekilli yapının
dolaşıklığı bozulmaktan koruduğunu belirtiyor.
Şu an biyolojik parçacıklardan kuantum dolaşıklık yaratmanın mümkün
olduğunu göstermiş olan Kumar ve ekibi, bunun ardından bir kuantum makine inşa
etmek için kullanılabilecek, dolaşık parçacıklardan oluşan bir biyolojik zemin
yapmayı planlıyor. Ondan sonra böyle bir biyolojik zeminin sentetik bir
benzerinden daha verimli çalışıp çalışmayacağını anlamayı deneyecekler.
Çevirinin/Derlemenin bağlantısı: epiSTEM Türkiye
Çevirinin/Derlemenin kaynağı: Phys. Org
Makale: Siyuan Shi et
al. Generation of photonic entanglement in green fluorescent proteins, Nature
Communications (2017). DOI: 10.1038/s41467-017-02027-9
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder