מחקר ישראלי בראשות ד”ר ירון ברומברג מהמכון לפיזיקה באוניברסיטה העברית הצליח לראשונה להעביר חלקיקי אור בודדים ושזורים באופן ממוקד בתווך מפזר * הניסוי מהווה צעד משמעותי נוסף אל עבר פיתוח לוויין ישראלי שיוכל להצפין מידע בטחוני באופן בלתי חדיר
המעבדים, החיישנים, המסכים והמכשירים הרפואיים הם רק רשימה חלקית למהפכה הטכנולוגית הראשונה שהחלה בזכות התגליות המדעיות על העולם הקוונטי. בשנים האחרונות, חוקרים מנצלים את התופעות המוזרות של מכניקת הקוונטים כדי לחולל גל שני של מהפכה טכנולוגית שיניע את העידן המודרני למחוזות חדשים. אחת מהטכנולוגיות המפורסמות מנצלת את תופעת ה”שזירה” בין חלקיקים, המקשרת (“שוזרת”) בין חלקיקים באופן שאינו תלוי במרחק, כדי ליצור את אמצעי התקשורת המוצפן והמאובטח ביותר הידוע כ”הצפנה קוונטית”.
ההדגמה המשמעותית האחרונה של יעילות ההצפנה הקוונטית נעשתה על ידי חוקרים סינים שהעבירו קוד מוצפן מלוויין בחלל אל עבר כדור הארץ בעזרת חלקיקי אור שזורים. על אף ההישג המרשים, קצב יצירת המפתחות שהושג בטכנולוגיה הזו היה איטי יחסית (ביט אחד של מידע הועבר ב-8 שניות), כיוון שמרבית החלקיקים אבדו בדרכם מהלוויין אל תחנת הקרקע. מאז, חוקרים ברחבי העולם מחפשים שיטה שתוכל להעביר מפתחות הצפנה על ידי מספר בודד של חלקיקי אור באוויר ושלא תאבד בדרכה לגלאי. לראשונה, צוות המחקר בראשות ד”ר ירון ברומברג והסטודנט אהד ליב פיתחו שיטה המבטלת את פיזור האות מהאוויר ומעבירה את חלקיקי האור הבודדים בממוקד לגלאי. ההישג פורסם בכתב העת היוקרתי Science Advances.
“עד כה הדרך היעילה ביותר להעביר חלקיקי אור בודדים הייתה דרך סיבים אופטיים, אך גם שיטה זו מוגבלת במרחק”, הסביר ד”ר ברומברג והמשיך, “בתשתיות המקומיות מותקן בכל כמה מאות קילומטרים מגבר המחזק את האות בסיב לאחר דעיכה טבעית. להבדיל מאותות אופטיים רגילים, אות שנוצר על ידי חלקיקים שזורים לא ניתן להגברה ולכן קיימת מגבלה חזקה יותר על המרחק. במחקר ניסינו לפצח את הבעיה כיצד ניתן לשפר את המעבר של האות באוויר, כלומר באופן שאינו תלוי בתשתיות מובנות ובצורה כזו שתאפשר להעביר את האות למרחקים גדולים מאלו המוגבלים בסיבים אופטיים, באמצעות תקשורת לוויינית. הטכנולוגיה שפיתחנו עולה על אלו הקיימות בשוק משום שבאופן תאורטי נוכל להעביר את האות רחוק יותר מסיב אופטי ומשום שהטכנולוגיה מאפשרת להעביר אותות מוצפנים ממגוון רחב של פרוטוקולים”.
ד”ר ברומברג הוסיף: “אתגרים רבים עמדו בבניית מערכת הניסוי, בעיקר משום שתופעת השזירה היא תופעה עדינה ורגישה מאוד לשינויים סביבתיים. האתגר השני הוא להעביר את האות ממוקד באטמוספירה. האטמוספירה היא מערכת כאוטית מאוד ומשתנה כל הזמן. מערבולות האוויר מפזרות את קרני האור ומקשות על שידור ממוקד. הדרך שפיתחנו מאפשרת להתגבר על הקושי בעזרת ניטור בזמן אמת על האופן שבו האור מפוזר. ברגע שמתקבלת תמונת הפיזור אנחנו יכולים ליצור חלקיקים השזורים המפוזרים “הפוך” מהפיזור שיוצר האוויר כדי שהאוויר יבטל את הפיזור ההתחלתי וישגר את האות בממוקד לגלאי”.
הניסוי מהווה צעד משמעותי נוסף אל עבר פיתוח לוויין ישראלי שיוכל להצפין מידע בטחוני באופן בלתי חדיר. “באוניברסיטה העברית יש את הקהילה הגדולה ביותר של חוקרים בתחום הטכנולוגיות הקוונטיות ובזכות השילוב בין חוקרים מפיזיקה, הנדסה ומדעי המחשב נעשים פיתוחים ייחודיים בקמפוס א. ספרא בגבעת רם”. ד”ר ברומברג מספר בהתלהבות על השימושים הטכנולוגיים של מחקרו האחרון: “בזכות התגלית נוכל בעתיד לבנות לוויין מוצפן ולרשת את מדינת ישראל בהצפנה קוונטית לצרכים ביטחוניים ומסחריים”.
המחקר במימון קרן צוקרמן.
עוד בנושא באתר הידען:
