האם ניתן לייצר מולקולות המורכבות מאור?

פיזיקאים מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בארה”ב (NIST) התקדמו צעד נוסף לעבר הפיתוח של עצמים המורכבים מפוטונים, כאשר הממצאים מרמזים כי חלקיקי אור חסרי משקל עשויים להתחבר יחדיו ליצירת סוג של מולקולה בעלת תכונות ייחודיות משלה

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
פיזיקאים מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בארה”ב (NIST) התקדמו צעד נוסף לעבר הפיתוח של עצמים המורכבים מפוטונים, כאשר הממצאים מרמזים כי חלקיקי אור חסרי משקל עשויים להתחבר יחדיו ליצירת סוג של מולקולה בעלת תכונות ייחודיות משלה.

בשנת 2013, צוות חוקרים משותף מאוניברסיטאות הרווארד, קלטק ו-MIT מצא דרך לחבר יחדיו שני פוטונים כך שאחד “רוכב” ממש מעל הפוטון השני בזמן תנועתו. ממצאי הניסוי הזה נחשבו כפורצי דרך, מאחר ואף אחד לא חשב לפני כן ליצור משהו באמצעות חיבור של פוטונים פרטניים. כעת, במסגרת מאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Physical Review Letters, צוות חוקרים מאוניברסיטת מרילנד ומהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בארה”ב הראו, באופן תיאורטי, כי באמצעות שינוי במספר מהפרמטרים בבסיס תהליך החיבור, פוטונים יכולים לנוע זה לצד זה, במרחק מוגדר אחד מהשני. המערך המרחבי הזה דומה למערך המרחבי של שני אטומי מימן היוצרים יחדיו מולקולת מימן דו-אטומית.

“המבנה שמצאנו אינו של מולקולה ממשית, אולם ניתן לדמיין אותו כבעל סוג מבנה דומה”, אמר אחד מהחוקרים. “אנו לומדים כיצד לבנות מצבי אור מורכבים, שבתורם, יכולים ליצור עצמים מורכבים יותר. זוהי הפעם הראשונה שמישהו הראה כיצד ניתן לחבר שני פוטונים הנמצאים במרחק קבוע זה מזה”.

למרות ההבטחה הפוטנציאלית הטמונה בגילוי החדש, החוקרים מציינים כי עדיין רחוק היום שבו נוכל להשתמש בחרב אור בחיי היומיום שלנו. הסיבה העיקרית לכך טמונה בעובדה כי החיבור של פוטונים מחייב תנאים קיצוניים המתקיימים רק במעבדות בהן נעשה שימוש בציוד מתקדם במיוחד. ועדיין, תחום מחקר זה טומן בתוכו פוטנציאל אדיר – “רבות מהטכנולוגיות המודרניות מבוססות על אור, החל מטכנולוגיות תקשורת וכלה בשיטות דימות ברזולוציה גבוהה”, מסביר החוקר. “ניתן לשפר רבות משיטות אלו אם נצליח למצוא את הדרך להוליד יחסי גומלין מוגדרים בין פוטונים פרטניים”.

למשל, מהנדסים צריכים למצוא דרך לבצע כיול מדויק ביותר של מדי אור, והחוקר טוען כי הממצאים שלהם יוכלו לסייע ביצירת “נר תקני” שיוכל להאיר מספר קבוע ומוגדר של פוטונים לעברו של גלאי. ואולי חשוב מכך לתעשיית המחשבים, חיבור ושזירה של פוטונים יוכלו לאפשר למחשבים לנצל פוטונים כמעבדי מידע, פונקציה המתבצעת היום בעזרת מתגים אלקטרוניים הנמצאים במחשבים.

הממצאים החדשים יוכלו לא רק לספק בסיס חדש ליצירת מחשבים משופרים, אלא הם יוכלו גם להביא לחיסכון משמעותי באנרגיה. הודעות בטלפונים ונתונים אחרים מועברים כיום כאלומות אור דרך כבלים המורכבים מסיבים אופטיים וצריכים להיות מומרים לאלקטרונים לשם העיבוד – זהו שלב בלתי יעיל שבמהלכו מבוזבזת כמות ניכרת של חשמל. אם ניתן יהיה לבצע הן את שלב ההעברה והן את שלב העיבוד של המידע ישירות בעזרת פוטונים, הרי שבזבוז אנרגיה זה ייעלם. מסביר החוקר הראשי: “זוהי דרך חדשה ומרתקת לבחינת התנהגותם של פוטונים”. הפוטונים הם חלקיקים חסרי מסה הנעים במהירות האור. האטת מהירות התנועה שלהם וחיבורם יחדיו עשויים לגלות לנו דברים אחרים שאנו אפילו עדיין לא מעלים על דעתנו”.

הידיעה על המחקר

גילה את האור ומקדם את הדרך למיחשוב קוונטי, תקשורת קוונטית ואולי אף טלפורטציה (אבל רק של פוטונים)