Liseliler, kuantum fiziğini lisansüstü fizik öğrencilerinden daha iyi anlayabilir mi? Cevap evet

Kuantum fiziği Marvel’in Ant-Man filminden tutun Oscar ödüllü Everything Everywhere All at Once’a kadar bilim kurgunun vazgeçilmez parçası haline geldi. Biz sinema yapımlarında görselleştirilmiş halini görüyor olsak da, kuantum fiziği pek çok kişiye karmaşık gelen matematikle boğuşmayı gerektirdiği için fizik alanında uzmanlaşmayı amaçlayan ya da fizikle hobi olarak ilgilenenlere özelmiş gibi geliyor olabilir.

Ancak bir zamanların Oxford profesörü 55 yaşındaki Belçikalı fizikçi ve müzisyen Prof. Bob Coecke bu algıyı yıkmak, kuantum fiziğini daha geniş kitlelere öğretmek istiyor. Bunun için de bu yılın başlarında Dr. Stefano Gogioso ile yayınladığı “Quantum in Pictures” kitabında bu alana yeni ilgi duyan kişilere kuantumu matematiğe yer vermeden, diyagramlarla anlatıyor. Yaz boyunca İngiltere’de okul çağındaki çocuklara bu yöntemle kuantum fiziği eğitimi vermişler. Sonuç ne mi? Eğitimi alan çocuklar Oxford Üniversitesi’nin lisansüstü fizik öğrencilerinin sınavda aldıkları ortalama puanları geçmiş!

Çalışma bu kadar başarılı olunca İngiliz gazetesi The Guardian Coecke ile söyleşi yapmış. 10Haber olarak biz de bu söyleşiyi olduğu gibi Türkçeye çevirdik. Buyurun:

Kuantum fiziği herkesçe bilindiği üzere ezoterik bir alan. Neden insanlar bu konuda çalışmak istesin ki?

Yapay zekayı düşünün. Dünyanın şu anda nasıl bir b** yoluna gittiğini düşünün. Milyar dolarlık şirketler dünyayı kontrol edebilecek bir devrimin başında ve kimse ne yaptıklarını anlamıyor. Ben 20 yıl boyunca Oxford’da profesördüm, şu anda Quantinuum’da bir gün geleneksel bilgisayarlardan çok daha iyi performans göstermesi beklenen ve atomaltı fiziğinden yararlanan kuantum bilgisayarlarını inşa etmekle uğraşıyorum. Bu teknoloji çığır açmadan önce insanların ne yaptığımızı anlamasını istiyoruz. Fen, teknoloji, mühendislik ve matematiği daha kapsayıcı bir hale getirmek istiyoruz. Tamamen mantığa aykırı da olsa, sektör içinde bu eğitim deneylerine ancak şimdi girişebilirim.

Eğitim deneyiniz Birleşik Krallık’taki 36 okuldan, ki çoğunluğu devlet okulu, yaklaşık 1000 başvuru arasından rastgele seçilen 15-17 yaşlarındaki 54 öğrenciden oluşuyordu. Gençler haftada iki saatlerini çevrimiçi derslere ayırdılar ve sekiz hafta sonra Oxford’un lisansüstü kuantum fiziği sınavlarındaki soruların kullanıldığı bir teste tabi tutuldular. Öğrencilerin yüzde 80’inden fazlası sınavı geçti, neredeyse yarısı üstün başarı elde etti. Peki başarıları sizi şaşırttı mı?

Bir noktada her şeyden vazgeçecektim çünkü deneyin felaketle sonuçlanacağını düşünüyordum. Başta çocukların birbirleriyle sosyal medya üzerinden etkileşime girmelerini, internet üzerinden iletişim kurmalarını istemiştik. Ancak deneyin etik kuralları gereği buna izin verilmedi. Birbirleriyle konuşamayacaklarsa bu nasıl eğitim deneyi olacak diye kendi kendime düşündüm.

Onlar Covid neslinden: Hiçbiri çevrimiçi derslerle kameralarını açmadı, dolayısıyla eğitim boyunca siyah ekranla bakıştık. Hiçbiri mikrofonlarını açarak soru sormadı, sadece yazdılar. Her açıdan zorlu bir eğitim mücadelesiydi. Ayrıca öğrencilerde gözlemlediğimiz bir özgüven sorunu da vardı. Yine de çocukların çoğu daha kompleks matematik temeline sahip olmaları gerekmediğini duymaktan hoşlandı. Matematik, kuantum fiziği bilgisini edinmek isteyen çocuklar için bir engeldi.

Ve sonra sayıları gördük. Üniversite düzeyindeki öğrencilerden çok daha iyiydiler. Sınavlar isimsiz yapıldı, o yüzden kaçının fen alanında ilerleme amacıyla geldiğini bilmiyoruz. Elde ettiğimiz verileri kayda geçirmekle uğraşıyoruz.

“Kuantumu görselleştirme” yöntemi nereden esti? Başta hedefiniz çocuklar ve bu alana yeni girişenler miydi?

Ben görsel zekası yüksek bir insanım. Sadece kuantum fizikçisi değilim, aynı zamanda bir sanatçı, bir müzisyenim. Aslında kuantum fiziğine başlamamın tek nedeni müzik kariyerimi ilerletmek istememdi. Rock/metal grubum Clack Tish’le bu yıl iki albüm çıkardık. 90’larda Oxford Üniversitesi’nin bilgisayar bilimleri bölümünde bir iş kaptım. Kıdemli meslektaşım Samson Abramsky, bana geleceğin kuantum bilgisayarları için yüksek düzeyli programlama diline ihtiyacımız olduğunu söyledi. Normal bilgisayarlarda sıfır ve birleri kullanarak programlama yaparsınız ama çoğu insan bunu nasıl yapacağını bilmez. Halbuki herkes iPhone’u nasıl kullanacağını bilir. Kuantum bilgisayar programlamak için iPhone arayüzüne benzer bir arayüz oluşturmak istiyorduk. Böylece Abramsky ve ben 2004 yılında “kategori teorisine” (matematiksel yapılar ve bunlar arasındaki ilişkileri ele almak için diyagramlar kullanmak) dayanan yeni bir kuantum mekaniği formülü geliştirdik.

Daha sonra yıllar içinde başkalarıyla bu formülü geliştirmeye devam ettim. 2017 yılında Aleks Kissinger ile fizikçilere bu konuda bir kitap yazdık. Ne var ki formülümüzü öğretmek için seçilecek en kötü insanlar teorik fizikçilerdi. Çünkü unutmaları gereken çok şey var. Kuantum bilişim alanındaki önde gelen fizikçilerin yarısı, “Aptalca resimlerle bir şeyler yapıyorsunuz, bunun yararı olmaz, çok basit çünkü!” dediler. Bazıları da, “Kategori teorisi çok zor, bir yararı olmaz, çok karmaşık çünkü!” diye tepki gösterdi. Teoriye yapıştırılan “karmaşık” damgasını söküp atmak yıllarımızı aldı. Bu kitabı, tüm resimleri yapan Stefano ile yazmamın sebebi, bu deneyi yapabilmek, teorinin çok kolay olduğunu göstermek, çocukların bile Oxford yüksek lisans öğrencilerinden bu konuda daha iyi performans gösterebileceğini kanıtlamaktı.

Kuantum fiziği hakkında tuhaf ama harika pek çok şey duyuyoruz. Kutudaki kedi aynı anda hem ölü hem canlı olabiliyor, parçacıklar nerede olduklarına bakmadığımız sürece aynı anda iki yerde bulunabiliyor, bilgi kuantum sistemleri arasında “ışınlanabiliyor”. Bu süreçleri yalnızca resim kullanarak nasıl anlatabiliyorsunuz?

Çok basit. Her şey kuantum devreleri yani kablolarla birbirine bağlanmış kutular çizmekten ibaret. Işınlama, kutuları bir kablo üzerinde kaydırmak anlamına geliyor. Ölçümler ise “örümcek” adını verdiğimiz, birçok bacağı ya da kablosu olan kutularla temsil ediliyor. Ölçülmeden önce aynı anda iki yerde olabilen bir kuantum parçacığı, bir örümceğin içine giren iki bacak olarak çiziliyor. Örümceğin bedeni de ölçümü temsil ediyor. Diğer taraftan çıkan bacak ise sonuç oluyor.

Kuantum görselleştirme yönteminin geleceği konusunda umudunuz var mı?

Avustralya ve Yunan hükümetlerinden yetkili kişiler, bana ulaşarak eğitim kurumlarında bu yöntemi kullanmakla ilgilendiklerini iletti. Ayrıca bu yöntemi Afrika’ya da taşımak istiyorum. Daha zamanı var ama orada da bir şeyler planlıyoruz.

Kuantum mekaniğinin algılanış şeklini değiştirmek için bu yola çıktım. Çocukları ikna etmek, yetişkinleri ikna etmekten çok daha kolay. Çünkü çocukların önyargısı olmuyor. Bu yüzden belki gelecek nesil bu yöntemi daha da ileri taşır. Kuantum fiziğinin kurucularından Max Planck’in de dediği gibi: “Bilim adım adım değil, cenaze cenaze ilerler.”

Kuantum fiziğiyle bir gecede nasıl cahil kaldım?

IBM, ilk 1000 kübitlik kuantum bilgisayarını tanıttı