חוקרים מהטכניון ומ"אימפריאל קולג'" בלונדון תכננו "תותח פוטונים" היורה צרורות של פוטונים שזורים

עשוי להוות פריצת דרך משמעותית ביצירת מחשב קוונטי אופטי

חוקרים מהטכניון ומ"אימפריאל קולג'" בלונדון תכננו "תותח פוטונים" היורה צרורות של פוטונים (חלקיקי אור) שזורים. ההצעה פורסמה באחרונה בכתב העת המדעי היוקרתי "פיסיקאל רוויו לטרס" (Physical Review Letters) ומעוררת עניין יוצא דופן בקהילה המדעית הגדולה המנסה לבנות מחשב קוונטי.

"יש עניין עצום בבנייה של מחשב קוונטי", מסביר הדוקטורנט נתנאל לינדנר מהפקולטה לפיסיקה בטכניון, ובוגר תוכנית המצוינים של הטכניון.
"16 ביטים קוונטים (קיוביטים) שקולים למחשב שולחני חזק עם זיכרון של ארבעה ג'יגהבייט  (שלושים ושניים מיליארד ביטים). בעוד שתוספת של ביט "רגיל" מגדילה את יכולת החישוב ביחידה אחת, כל ביט קוונטי נוסף מכפיל(!) את הכח החישובי (למשל – 17 קיוביטים כבר יהיו שקולים למחשב עם שישים וארבעה מיליארד ביטים).

לפיכך, המוטיבציה ליצור מחשב קוונטי היא גבוהה מאד, אולם בעשור האחרון התברר כי הגדלת מספר הקיוביטים הינה עסק מסובך ביותר, עקב הקושי ליצור חלקיקים שזורים שישמשו בתור קיוביטים.

שזירה בין חלקיקים היא תופעה מרתקת הייחודית למכניקת הקוונטים, ומהווה את אחת הדוגמאות הבולטות להבדל העקרוני בינה לבין תפיסת העולם של המכניקה הקלאסית. השזירה מאפשרת, למשל, לבצע טלפורטציה של מצבים, ועומדת בבסיס המחשבים הקוונטיים העתידיים. טלפורטציה קוונטית מאפשרת העברת אינפורמציה ללא נשא פיזי, באופן מיידי וללא הגבלת מרחק.

מדענים רבים חושבים כי פוטונים הם המועמדים הטובים ביותר להיות ביטים קוונטים, אולם גם אותם קשה לייצר שזורים. נתנאל לינדנר מהפקולטה לפיסיקה בטכניון וד"ר טרי רודולף מ"אימפריאל קולג'" בלונדון הציעו שיטה חדשה, שבה אטומים מלאכותיים הבנויים ממוליכים למחצה ("נקודה קוונטית" בשפה המקצועית), פולטים מחרוזות של פוטונים שזורים בצורה מבוקרת.

 "השיטות המקובלות כיום מייצרות פוטונים שזורים בצורה לא מבוקרת. לכן, בשיטות אלה חוקרים הצליחו לשזור ששה פוטונים לכל היותר, ומעבר לכך יהיה קשה מאד להתקדם. לעומת זאת, אנו מעריכים כי כמות הפוטונים השזורים שניתן לקבל בשיטתנו – תהיה גדולה באופן משמעותי", אומר נתנאל לינדנר.

הפיסיקאי הניסיוני פרופסור אנדרו וייט מהמרכז החשוב לאופטיקה קוונטית באוסטרליה, רואיין לאחרונה לכתב העת "ניו סיינטיסט" (“New Scientist”) ואמר כי "זו עבודה מדהימה, ההצעה התיאורטית המרגשת ביותר שקראתי בחמש השנים האחרונות. לדעתי היא תהווה התקדמות מהפכנית במחשוב קוונטי אופטי", הדגיש.