Son yapılan deney, biyolojik sistemden gelen kuantum mekaniksel etkileri ortaya koyuyor
Yaklaşık 75 yıl önce, Nobel ödüllü fizikçi Erwin Schrödinger, kuantum mekaniğinin gizemli dünyasının biyolojide önemli bir rol oynayıp oynamadığını merak etti. Northwestern Üniversitesi’nden Prem Kumar’ın yakın zamandaki bir bulgusu, cevabın evet olabileceğine dair yeni kanıtlar sundu.
Kumar ve ekibinin ilk kez biyolojik bir sistemden kuantum dolaşıklık oluşturdu. Bu bulgu, bilim insanlarının biyoloji hakkındaki temel anlayışlarını ilerletebilir ve kuantum mekaniğini kullanarak yeni işlevleri etkinleştirmek için biyolojik araçlardan yararlanmak için potansiyel olarak yeni kapılar açabilir.
Northwestern’ın McCormick Mühendislik Fakültesi’ndeki elektrik mühendisliği ve bilgisayar bilimleri profesörü ve Weinberg Sanat ve Bilim Üniversitesi’ndeki fizik ve astronomi profesörü Kumar şunları söyledi: “Biyoloji hakkında bilgi edinmek için kuantum araçlarını uygulayabilir miyiz? İnsanlar, bu soruyu uzun yıllar, kuantum mekaniğinin şafağına uzanan bir tarihe kadar sordular. Bu yeni kuantum statüleriyle ilgilenmemizin nedeni, aksi halde imkansız olan uygulamalara izin verdiklerinden.”
Savunma Gelişmiş Araştırma Projeleri Ajansı tarafından kısmen desteklenen araştırma, 5 Aralık’ta Nature Communications’da yayınlandı.
Kuantum dolaşıklık, kuantum mekaniğinin en gizemli olgusudur. İki parçacık – atomlar, fotonlar veya elektronlar gibi – birbirine karıştığında, parçacıklar evrenin zıt taraflarında olsalar bile muhafaza edilen açıklanamayan bir bağlantıyı yaşarlar. Parçacıkların davranışı birbirine bağlıdır. Örneğin, bir parçacık bir yönde dönme eğilimi gösteriyorsa, diğer parçacık döngüsünü ani olarak dolaşma tarafından belirlenen şekilde dengelemektedir. Kumar da dahil olmak üzere araştırmacılar, kuantum iletişimleri de dahil olmak üzere birçok uygulama için kuantum dolaşıklık kullanmakla ilgileniyorlardı. Parçacıklar kablolar ya da kablolar olmadan iletişim kurabildiğinden güvenli mesajlar göndermek ya da son derece hızlı bir “kuantum internet”in oluşturulmasına yardımcı olmak için kullanılabilirler.
Kumar şunları söyledi: “Araştırmacılar, bir kuantum makinesi tasarlayıp inşa edecek alt tabaka geliştirmek için daha büyük atom veya foton seti dolaşmaya çalışıyorlar. Laboratuvarım, bu makineleri biyolojik bir alt tabaka üzerine inşa edip edemeyeceğimi soruyor.”
Çalışmada, Kumar’ın ekibi biyolüminesanstan sorumlu ve biyomedikal araştırmada yaygın olarak kullanılan yeşil flüoresan proteinlerini kullandı. Ekip, yosunların varil şeklindeki protein yapısı içindeki flüoresan moleküllerden üretilen fotonları, kendiliğinden oluşan dört dalga karıştırmaya maruz bırakarak karıştırmaya çalıştı; bu süreç, birden fazla dalga boyunun birbiriyle yeni dalga boyları üretmek için etkileşime girdiği bir süreçti.
Kumar ve ekibi bu deneylerden bir dizi yoluyla, foton çiftleri arasındaki polarizasyon dolanımı denilen bir çeşit dolaşma olayını başarıyla sergiledi. 3D filmleri izlemek için gözlük yapmak için kullanılan aynı özellik, kutuplanma, ışık dalgalarında salınımların yönlendirilmesidir. Bir dalga dikey, yatay veya farklı açılardan salınabilir. Kumar’ın birbirine bitişik çiftlerinde, fotonların polarizasyonları dolaşıyor, yani ışık dalgalarının salınım yönleri birbirine bağlı. Kumar, floresan molekülleri çevreleyen fıçı şeklindeki yapının, dolaşmanın bozulmasını önlediğini fark etti.
Kumar şunları söyledi: “Bir parçacığın dikey polarizasyonunu ölçtüğümde, ötekinin aynı olacağını biliyorduk. Bir parçacığın yatay polarizasyonunu ölçseydik, diğer parçacıktaki yatay kutuplaşmayı öngörebiliriz, eşzamanlı olarak tüm olasılıklarla ilişkili bir dolambaçlı durum oluşturduk.”
Şimdi, biyolojik parçacıklardan kuantum dolaşımı yaratmanın mümkün olduğunu kanıtladılar, bir sonraki KUAR ve ekibi, bir kuantum makinesi inşa etmek için kullanılabilecek biyolojik bir alt katman parçacıkları yapmayı planlıyorlar. Daha sonra biyolojik bir alt tabaka sentetiğe göre daha verimli çalışıp çalışmadığını anlamaya çalışacaklardır.
Dergi Referansı: Siyuan Shi, Prem Kumar, Kim Fook Lee. Generation of photonic entanglement in green fluorescent proteins. Nature Communications, 2017; 8 (1) DOI: 10.1038/s41467-017-02027-9
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171205130106.htm
Çeviri: Bünyamin Tan