Quantum metrology for biological systems

Bu tez, biyoloji, kuantum bilgisi ve metrolojiyi birleştiren üç ana projeyi özetlemektedir. Kuantum biyolojisi ve beyinle ilgili çeşitli araştırmalarla ilgili gelecekteki perspektiflerle bitmektedir. İlk proje, kuantum bilgisi incelemesiyle başlar ve teorik kavramlardan biyolojik ortamlarda pratik uygulamalarına geçer. Açık kuantum sistemlerinde çevresel gürültünün varlığına rağmen kuantum koherens ve dolanıklığın nasıl sürdürülebileceği sorununu ele alır. Merkezi spinin kuantum bilgisini korumak için tampon spinlerin kullanıldığı geometrik optimizasyon yöntemi tanıtılmaktadır. Ayrıca, karşılık gelen biyolojik bağlamda dolanıklık fenomeni, daha gerçekçi bir sistem olan Posner kümesinin ön analizleri yapılarak incelenir. İkinci projede, odak noktası kuantum algılamaya kayar ve özellikle elmas içindeki bir nokta kusuru olan Azot-Boşluk (NV) merkezine dikkat edilir. NV merkezlerinin biyolojik bağlamlarda, özellikle manyetik alanları tespit etmek için hassas prob olarak rolü incelenir. NV merkezleri, üç seviyeli (qutrit) sistemler olarak düşünüldüğünde, spin sıkıştırma tekniği kullanılarak manyetik alan ölçümlerinin hassasiyeti potansiyel olarak artırılabilir. Bu hassasiyet, Kuantum Fisher Bilgisi kullanılarak ölçülür. Ayrıca, ölçüm düzeninde transdüser olarak hareket eden hidrojel gibi seçici biyo- duyarlı bir malzemenin entegrasyonu, daha geniş bir biyolojik ölçüm yelpazesine yeni yollar açabilir. Üçüncü proje, biyolojik sistemleri araştırmak için kuantum ışığının kullanımını araştırır. Kuantum mekaniğinin, özellikle çok parçacıklı foton dolanıklığının, görme anlayışımızı nasıl geliştirebileceğini inceler. Bu, psikofiziksel deneylerin simülasyonları, dolanıklığı tespit etmek için kullanılan bir gözlemler sınıfı olan dolanıklık tanıklarını kullanarak başarılır. İki parçacıklı dolanık durumla başlayıp ardından üç parçacıklı duruma genelleme yaparak, belirli bir aralıktaki gürültü seviyeleri ve görsel eşikler için insan gözünün görme olasılığı belirlenir. Sonuçlar, insan gözünün dolanıklığı tanıklama kapasitesine ışık tutar. Ele alınan üç konu, biyoloji ve kuantum fiziği arasındaki iç içe geçen ilişkiyi göstermektedir. Bu, bilimde tüm zamanların en ilginç ve temel sorularından bazılarını ortaya koyarak gelecekteki araştırma perspektifleri olarak daha ayrıntılı bir şekilde açıklanmıştır. Bu ilişkinin beyinle bağlantısına özel bir vurgu yapılmıştır. Sonuçta, bu tür çabalara dayanarak, biyolojik ve tıbbi bilimlerde gelecekteki gelişmelere önemli katkılar sağlayacak temeller oluşturulacaktır.