Mete Atatüre, Thomas Young Madalyası’na Layık Görüldü

Prof. Dr. Mete Atatüre, yarıiletkenlerde ve elmasta kuantum optik olgular üzerine yaptığı çalışmalar ve kuantum teknolojisi alanında geliştirdiği heyecan verici uygulamalardan ötürü, 2020 Thomas Young Madalyası ve Ödülü‘ne layık görüldü.^[1] Optik alanında verilen bu ödüle layık görülmesinin önemini ve anlamını sorulduğunda, Atatüre şunları söyledi:

“Bu ödül, ekibimizle birlikte yaptığımız çalışmaların ve emeğimizin tanınması açısından benim için çok anlamlı. Günümüzde ödüller halen genellikle tekil kişilere veriliyor; ancak modern bilimde neredeyse hiçbir zaman tekil bir kişi büyük başarılara imza atamıyor. Her zaman bir ekip çalışması var, koca bir laboratuvarın emeği var. Hâliyle bizim bütün çalışmalarımız için de bu geçerli. Dolayısıyla bu ödül, ismen bana verilmiş olsa da, aslında sadece bana değil, geçmişte ve şu anda birlikte çalıştığım bütün ekip üyelerimize ait.”

Mete Atatüre Kimdir? Neden Ödüle Layık Görüldü?

Katı hal kuantum optik sistemleri konusunda Dünya çapında tanınmış bir uzman olan, Cambridge Üniversitesi’nden Prof. Dr. Mete Atatüre, özellikle de spin-foton arayüzleri olarak adlandırılan, kuantum optik özelliklere sahip, yeni malzemeler geliştirme konusundaki çalışmalarıyla bilinmektedir. Daha önceki çalışmaları arasında; yarı iletken kuantum noktalar, ışık kullanarak elektron spinlerinin kontrol edilebileceğinin ilk defa gösterilmesi, tek spinde Faraday etkisi ve optik boşluklara sahip kuantum noktaların deterministik çiftlenmesi gibi başarılar da yer alıyor. Foton bazlı teknolojiler olarak da bilinen ve ışığın kuantum fiziğine dayalı özelliklerinden gücünü alan tüm bu yeni teknoloji araştırmaları, daha güvenli iletişim ağları kurmaktan, çok daha hızlı kuantum hesaplamalarına kadar birçok yenilikçi gelişmenin önünü açabilir.

2007 yılından beri İngiltere’de yaşayan Mete Atatüre, burada kurduğu ekibiyle ilk büyük başarısını kuantum nokta spininden faydalanarak atomik ışıma üreterek elde etti. Bu yöntem, günümüzde bu alandaki ana üretim tekniği haline gelmiştir. Sonrasındaysa spin kuantum atlamalarını optik yöntemler kullanarak ve gerçek zamanlı olarak gözlemlemeyi başardılar. Kendisine bu çalışmanın önemini sorulduğunda şöyle yanıtladı:

“Ekibimizin bu çalışması iki yönden ilginçti: Birincisi, kuantum fiziğinin temel kavramlarından olan ve ışık kullanarak sadece atomlarda gözlenebilmiş kuantum atlamalarını yarıiletkende gözlemeyi başardık. Kuantum atlamaları, eğer elektron spinini kübit (kuantum bit) olarak alacak olursanız, bilgisayarlardaki bitler gibi 0 ve 1 durumları arasındaki geçişlerdir. Çalışmamızı ilginç kılan ikinci nokta ise, bu tür bir gözlem sayesinde spinin kuantum durumunu, yani bir kübitin 0 ya da 1 olduğunu ışıkla ölçmeyi başarmış olmamızdı.”

Genellikle yarıiletkenlerden elde edilen fotonlar sinyal gürültüsüne sahiptir ve bu nedenle tutarlı değillerdir. Bu da kuantum dolanıklık deneylerinin kalitesini ve hatta uygulanabilirliğini sınırlar. Bunu aşmanın ideal yolu, bu konuda en işlevsel ışık kaynağı olan lazerlerin kalitesinde, ama lazerdeki gibi çok sayıda foton yerine tek bir foton üretebilmektir. 2012 yılında Mete Atatüre ve ekibi, yariiletken kuantum noktalardan lazer kalitesine sahip, yani düşük gürültülü ve yüksek tutarlılığa sahip fotonlar üretmeyi başardı.

2015’te ise sıkıştırılmış ışık (veya “kuadratür sıkışması”, İng: “quadrature squeezing”) kavramını bir foton düzeyinde ilk defa gözlemeyi başardılar. Fotonların gürültü seviyesi ile ilgili olan ve klasik fizik anlayışımızla izah edilemeyecek olan bu sıkıştırılmışlık özelliğinin varlığı ilk olarak 1981 yılında öngörülmüştü; ancak bu özelliğin gözlenmesinin imkansız olduğu düşünülüyordu. Bu başarısı, Türkiye’deki basın organlarında “ışığın sesinin ölçümü” olarak haberleştirildi; halbuki konunun bununla pek bir ilgisi yok (yukarıdaki sohbetten detayları öğrenebilirsiniz).

Bu noktadan sonra Atatüre’nin ekibi, uzak kuantum nokta spinleri arasında kuantum dolanıklık sağlamayı başardı. Yani fotonlardan faydalanarak, elektronları uzak mesafelerde birbiriyle ilişkili, yani kuantum dolanıklığa sahip hale getirdiler – ki bu başarı, bu yazının yazıldığı gün itibariyle halen tüm foton ölçümü temelli kuantum dolanıklık sistemleri içerisinde rekora sahiptir. Bu çalışmalar, ileride inşa edilebilecek süper-hızlı ve süper-güvenli kuantum internet teknolojilerinin temellerinin atılması için öneme sahiptir.

Optik polarizasyon ve kuantum nokta çekirdeğinin soğuması sayesinde elektron spin tutarlılığını geliştirme üzerine yakın zamanda yeni çalışmalara imza atan ekip, 2019 yılında ilk defa, çok cisimli çekirdek kütlelerinin ışıkla kontrolünü başardı. Bu, deterministik kuantum hafıza teknolojisi açısından heyecan verici bir gelişme olarak karşılandı.

Atatüre’nin elmas ve atomik ölçekte ince malzemelerle yaptığı spin-foton kuantum arayüzleri de çığır açıcıdır. Elmas kullanarak yaptıkları öncü çalışmalarda, silikon boşluğu olan spinlerin optik olarak erişilebileceğini gösterdiler ve yeni “renk merkezleri”ni keşfetme yönünde önemli adımlar attılar. Renk merkezleri, bir elementin veya malzemenin içinde bulunan ve tek bir atomun bir başka atomla yer değiştirmesi sonucu oluşan kusurlardır. Bu tür kusurlar, bir malzemenin rengini belirleyen ana unsurlardan birisidir. 2014 yılındaysa elmas içinde tek bir silikon atomunun spinini tutarlı bir şekilde kontrol etmeyi başardılar. Mete Atatüre, periyodik cetvelin 4. sütunundaki elementlerin “renk merkezleri”ni inceleyen önemli çalışmalara liderlik etmeye devam etmektedir.

Atomik ölçekte ince olan 2 boyutlu malzemeler kullanan ekibi, insanlık tarafından üretilen ilk atomik ölçekte ince kuantum LED’leri üretmeyi başardılar. 2017 yılında ise katmanlı malzemelerde deterministik ve büyük ölçekte kuantum saçıcı diziler üretmeyi başaran yeni bir yöntem geliştirdiler.

Atatüre, akademik çalışmalarına ek olarak, bilim iletişimi ve halka bilim götürme konusunda da önemli çalışmalara imza atmaktadır. Düzenli olarak halka açık konuşmalar yapan Mete Atatüre, toplum için bilimin ve optik teknolojilerin önemine dikkat çekmektedir. Aynı zamanda bilimde dürüstlüğü, bilim cemiyetindeki çeşitliliği ve daha katılımcı bir öğretimi savunmaktadır. Akademide “yan çalışmalar” olarak bilinen bu tür aktivitelerin önemini sorduğumuzda, şöyle cevapladı:

“Popüler bilim ya da bilim popülerleştiriciliği olarak bilinen bu aktiviteler, hem toplumun daha iyi bir bilim okuryazarlığı düzeyine erişebilmesi, hem de bilim insanlarının topluma daha entegre olabilmesi açısından, yani o meşhur “fildişi kulelere hapsolup kalmamaları” açısından çok önemli. Ayrıca bilimi topluma daha fazla götürdükçe, bilimi herkese daha erişilebilir kıldıkça, bilimin süregelen sorunlarından biri olan eşitsizlikleri de azaltmaya yardımcı olabiliriz. Daha geniş bir insan çeşitliliğine bilim ile hitap edebildiğimizde, bu kişilerin bilime olan merakı da kaçınılmaz olarak artacaktır. Bu, bilimin geleceği için büyük öneme sahip.”