Işığı tutan adam

Çığır açıcı buluşlar
'Bilim' denilince eksikliklerden, dünya çapında temsilci yetiştirememekten yakınmanın âdet olduğu Türkiye'nin yüzünü ağartacak bir isim, fiziğin en çetin alanlarında çığır açıcı buluşlara imza atıyor: Sabancı ve Kaliforniya üniversiteleri
öğretim üyesi Prof. Dr. Ataç İmamoğlu.
Dört önemli ödül
İmamoğlu 1985 ODTÜ Elektrik mezunu. 1995'te NSF Career, 1996'da Packard Fellowship ödüllerini alan İmamoğlu, son iki haftada iki kez daha taltif edildi: TÜBİTAK 2001 Temel Bilimler Ödülü ile Almanların, Alexander von Humboldt Vakfı'nın 4 milyon marklık ödülü.
Yaptıklarının 'Türkçe'si
Işığın temel parçacığı fotona dair buluşları yarının teknolojisini yaratacak: Düşük dalga boylu lazerler, ışığı durduracak kuvantum kutuları, kuvantum bilgisayarları, çözülemeyen şifreler, optik buzdolabı.
Haber: İBRAHİM GÜNEL / Arşivi

ANKARA - Sabancı ve Kaliforniya üniversiteleri öğretim üyesi Prof. Dr.
Ataç İmamoğlu, önceki hafta Alexander von Humboldt Vakfı tarafından bu yıl ilki verilen 'Wolfgang Paul' ödülünü kazandı.
İmamoğlu fiziğin ve bilimin en uç noktalarında dolaşıyor. Çalıştığı konular: Kuvantum optik, doğrusal olmayan fizik ve popülasyon evirmesi gerektirmeyen lazerler...
İşte tüm araştırmaları nedeniyle İmamoğlu, vakfın bu yıl ilk kez koyduğu, Almanya dışında çalışan Alman ya da yabancı bilim adamlarına verilen 4 milyon marklık (yaklaşık 2 trilyon lira) ödülü kazandı.
Oldukça genç denebilecek yaşta bilimsel buluşlara imza atan İmamoğlu, kendi oluşturacağı uluslararası bir ekiple 2003 yılına kadar Almanya'nın Stuttgart Üniversitesi'nde araştırmalar yürütecek.
İmamoğlu, geçen çarşamba günü de TÜBİTAK'ın 2001 yılı Temel Bilimler Dalı Ödülü'nü aldı. İmamoğlu, Radikal'in sorularını yanıtladı.
Tek foton üretmenin bilimsel ve fiziksel önemi nedir?
Evrende iki çeşit parça var. Bunlardan biri bozon, diğeri fermion. Hepimizin bildiği atomun parçası olan elektron, fermionik bir parçacıktır. Fermionik parçacıklar ile bozonik parçacıklar farklıdır. Atomların değişen özelliklerinden birini de, bu farklılık belirler. Bozonlara en iyi örnek fotonlardır. Fotonlar ışığı oluşturan en temel parçacıklardır.
Kuvantum fiziği, klasik fizikten neden farklıdır?
Kuvantum fiziğiyle birlikte, bu parçacıkların
hem dalga (ışın) hem de parçacık (madde) özelliği gösterebileceği kanıtlandı. Biz onları parçacık gibi algılasak bile, onlar bir dalga özelliği de gösterebilir.
Yani, hem madde hem ışın gibi mi?
Evet. Fotona ışığın en küçük parçası diyebiliriz. Fotonlar genellikle birlikte olmayı tercih ediyor. İşte lazer ışınlarının da temelinde bu var.
Peki, bu ışığın en küçük parçası olan fotonu nasıl ayırabiliyorsunuz?
Bir hidrojen atomunu alın. Bu atomun belli enerji seviyeleri var. Bu hidrojen atomunun enerjilerini en azdan en yukarı doğru çıkarabiliriz. Bir atomdaki elektronların yörüngeleri var. Bunlar kendi başlarına bir enerjiye sahip değil. Sadece yörüngelerinde dönüyorlar. Tek foton yakalamak için 'yapay atom' dediğimiz cisimleri kullanıyoruz. Atoma lazer ışını gönderiyoruz. Enerjisini artırıyoruz. Bu enerji alt seviyeye düşerken ortaya tek foton çıkıyor. Enerjisi düştüğü için de, bir daha foton bırakmaz. Yeniden enerjiyi artırmak lazım. Enerjiyi artıra indire her atomdan her seferde bir tane foton çıkmasını sağlayabiliriz. Bunun prensibi kolay da, zorluğu tek atomu tecrit etmekte.
Bunu nasıl yapıyorsunuz?
'Kuvantum kutusu' dediğimiz cihazlarla.
Bu cihazı nerede kullanabilirsiniz?
Şu anda piyasada talep yok. Çok yeni bir teknoloji. Bu 'kuvantum kriptoloji'sinde (şifreleme) kullanılabilir. İki kişi bir telefon hattıyla haberleşirken, birbirlerine mesajlarını söylemek yerine, bazı ölçümleri bildirirler. Bu ölçümlerle, tek foton kaynağına dayalı bir gizli haberleşme sağlanabilir ve bunu başka hiç kimse çözemez. Gizli servisler, böyle bir olanağa sahip olmayı isteyebilir.
Bir de kuvantum bilgisayarlarından söz ediliyor.
Eğer kuvantum bilgisayarları yapılabilirse, klasik bilgisayarlarla çok uzun süre alacak matematiksel işlemler, çok kısa sürede yapılabilecek. Bilgisayarların esası, bilgi parçacıklarını ya bir ya sıfır değeri vermeye dayanır. Bir bilgisayarın en küçük bilgi parçasına 'bit' denir. Kuvantum bilgisayarlarında da, klasik bilgisayarlardaki gibi 'bit'lere sıfır ve bir değerleri verilecek. Ama bu sıfırla bir, kuvantum mekaniksel sistemine göre, çok çeşitli haller alabilecek.
Böyle bir bilgisayar yapıldı mı?
Çalışmalar henüz daha emekleme aşamasında. Önümüzdeki 10 yıl içerisinde çok zor. Belki 20-50 yıl sonra gerçekleştirilebilir.
Kuvantum mekaniği yöntemiyle başka neler yapılabilir?
Işığın grup hızı düşürülebilir. Neredeyse yürüme hızına kadar düşürmek mümkün. Bugünkü teknikle ışık kilometrelerce uzunluğundaki
fiber optik kablolarda dolaştırılıyor. Sonra, tekrar alınıyor. Bu dolaşma sonunda saniyenin binde 1'i kadar ışık yavaşlatılabiliyor. Halbuki, kuvantum kutularıyla ışığın hızı çok daha kolay yavaşlatılabilir. Hatta ışığı durdurmak bile mümkün. Bu yavaşlatılan ışığı da, kuvantum bilgisayarında kullanmayı düşünüyorum.
2003'e kadar Almanya'da çalışacaksınız. Neleri araştıracaksınız?
Foton-foton etkileşmesi sağlayan elektromanyetik olarak indüklenen geçirgen sistemler buluşu bana aittir. Bu buluşumdan 6-7 yıl sonra, fark ettiğim bir yöntemle foton-foton etkileşmesi sağlanabiliyor. Bu buluşumu 1989 yılında Stanford'da doktora öğrencisiyken yaptım. 1996'da ise, bu sistemi kullanarak iki fotonu birbiriyle çok güçlü bir şekilde etkileştireceğimi fark ettim. Bunun önemi şu: Normalde fotonlar birbiriyle etkileşmezler. Onları ayırmak kolay ama üzerlerine bilgi yükleyerek, bir yere götürmek zor. Etkileşme nedeniyle, bilgi kaybı olabilir. Bu esasa dayanarak çalışmalarımı sürdüreceğim.
Ayrıca, kuvantum kutularını kullanarak foton üreteceğiz. Bu kuvantum kaynağını kullanarak bilgi işlemi yapıp yapamayacağımıza bakacağız. Yani, bu yolla kuvantum bilgisayarı yapılabilir mi, göreceğiz. Bu tür araştırmalar, özellikle ışığın yavaşlatılması, hep atomik ortamda yani gaz ortamında yapıldı. Ben, bunu yarı iletken ortamda yapmak istiyorum. Eğer bunu başarabilirsek, bazı yeni uygulamalar olabilir. Belki optik bir buzdolabı bile yapabiliriz.
Yani, CD çalabildiğimiz sistemle soğutma da sağlayabileceğiz?
Lazer kullanarak bir katı cismi soğutup soğutamayacağımızı göreceğiz.
Ödüle doymayan bilim adamı
1964 yılında ABD'nin Minneapolis kentinde dünyaya gelen İmamoğlu, 1985'te ODTÜ Elektrik Mühendisliği Bölümü'nden mezun oldu. Prof. Dr. İmamoğlu, 1987-1991 yıllarında yüksek lisans ve doktorasını Stanford Üniversitesi'nde yaptı. 1993 yılında Kaliforniya Üniversitesi Santa Barbara kampüsünde asistan profesör oldu. 1997'de doçent, 1999 yılında da profesör oldu. İmamoğlu ayrıca, 1995 yılında NSF Career, 1996'da da Packard Fellowship ödüllerini aldı. Evli olan İmamoğlu'nun 4.5 yaşında Emre adında bir oğlu var.
***
Kuvantum kavramı nedir?
Kuvantum fiziği atomu oluşturan parçacıklarla
ilgileniyor.
Yani, cisimleri algılamamıza yarayan ışık nedir ve nasıl hareket eder?
Kuvantum kuramını da büyük ölçüde
'belirsizlik ilkesi' biçimlendiriyor. Kuram atom altı parçacıklarla ilgileniyor. Atomun küçük parçalarını görmek olası değil. Görmek istesek üzerine ışık tutmamız gerekiyor. Oysa görmeye çalıştığımız da, zaten ışık.
'Heisenberg ilkesi'ne göre, bir parçacığın hızını ve tam olarak nerede olduğunu aynı anda belirleyemiyoruz. İşte bu ilkeyi,
'Schrödinger'in Kedisi' adı verilen düşünce deneyi şöyle açıklıyor:
"Bir küçük kutu, daha büyük bir kutunun içinde bulunuyor. Büyük kutuda bir kedi bulunuyor. Küçük kutuda ise, tek bir foton olması gerekiyor. Eğer bu foton küçük kutudan çıkıp büyük kutuya geçerse, bir dedektörü harekete geçiriyor ve büyük kutuya zehirli gaz gönderecek. Kedi de ölecek. Kedinin yaşayıp yaşamadığını, kutuyu açıp bakmadığımız sürece bilemiyoruz. Yani, kedi hem ölü hem de diri olabilir. Yaşama şansı yüzde 50."
Bu düşünceden de anlaşılacağı üzere,
'bilimsel kesinlik' yok.
***
Bilimsel buluşları
İmamoğlu'nun en önemli buluşu,
'elektromanyetik olarak indüklenen geçirgenlik' (Electromagnetically Induced Transparency-EIT). Yani, kapalı bir devreyi, yeğinliği her an değişen bir manyetik alanın içine koyarak, üstünde elektrik akımı oluşturup, saydamlık sağlamak. Diğer bir buluşu da, 'popülasyon evirmesi gerektirmeyen
lazerler' (Üst enerji seviyesinde foton artırımına gitmeden oluşturulan lazer).
İmamoğlu, bu lazerlerin yapılabileceğini öne sürdü. Bu, 1995'te Scully Grubu'nca, deneysel olarak kanıtlandı.
İmamoğlu, 1996'da EIT'nin soğurmasız dev foton-foton etkileşmelerinin sağlanabileceğini de, teorik olarak gösterdi. Bu gücün, bilinen diğer sistemlerin
10 milyon kat üstünde olabileceği, 1999 yılında Hann Grubu tarafından deneysel olarak kanıtlandı. Daha sonra, bu etkileşmeleri tek fotonla anahtarlamayı başardı. Çünkü bu durum, uzun süredir kuvantum bilgi işlemede açık bir problem olarak görülüyordu.
Geçen yıl da, ilk kez kuvantum kutularını kullanarak, fotonlar arasında 'kuvantum ilinti efekti'ni deneysel olarak gösterdi. Daha sonra bunu kısa zaman süreli lazer uyarımı sırasında kullanarak, ilk foton kaynağını deneysel olarak gösterdi. Bu sonuçlar, 'yarı iletken kuvantum optik' denen, yeni bir bilim dalının temellerini attı.