יעל פטר ואיציק ספיר
פיזיקאים ידעו זה זמן רב שלמחשבים קוונטים יש את הפוטנציאל לערוך חישובים
במהירות חישוב הגבוהה בסדר גודל של פי כמה ביליוני מונים מאשר מחשבים
רגילים. כעת נראה שהמכונות הללו לא יצטרכו כלל לבצע חישוב על מנת להניב
תוצאה.
אפשרות זו, הנשמעת לכאורה אבסורדית, פותחה לתיאוריה לפני מספר שנים אך רק
כעת קיבלה אישרור אמפירי. נוסף על כך, למרות שהחישובים הקודמים חזו כי
שיטה כזו תצליח להניב חישובים רק בחצי מן הפעמים לכל היותר, המחקר החדש
סבור שייתכן והיא תהיה אמינה לחלוטין.
אונור הוסטן ועמיתיו מאוניברסיטת אילינוי באורבנה-שמפן הציגו את ממצאיהם
במהדורת ה-23 לפברואר של מגזין Nature.
“זהו ניסוי יפיפה. הוא מאמת את אחת התכונות המוזרות ביותר הנוגעות
לטבעה של המציאות הפיזית שתורת הקוונטים מעמידה בפנינו,” מעיר ריצ'ארד
ג'וזה, תיאורטיקן מאוניברסיטת בריסטול באנגליה, אשר תיאר מצב כזה כבר ב
1998.
המחשבים הקוונטים, שנבנו עד כה רק במעבדות ובאופן מוגבל, עושים שימוש
בתכונות המכניקה הקוונטית של אובייקטים קטנים, כגון פוטונים ויונים, על
מנת לבצע חישובים. תכונות קוונטיות כוללות קיום במצב הנקרא סופרפוזיציה,
בו ישות כלשהיא מתקיימת כשהיא בו זמנית נמצאת בשני מצבים קוונטיים לפחות
שכל אחד מהם אמור להיות בלעדי באופן שאינו מאפשר את המצב השני. לדוגמא,
שילוב של שני מצבי חלקיק, כאשר בכל מצב הוא נמצא בצד אחר של החדר.
על מנת לבצע את הניסוי החדש, הקבוצה מאילינוי, ובראשה פול ג. קוויאט, בנו
מחשב קוונטים בסיסי מרכיבים אופטיים כגון מראות ומפצלי קרני אור. בתחילה,
החוקרים מסמנים אחד מתוך ארבעה מיקומים בתוך מסד נתונים זעיר. כאשר נשלח
פוטון אדום בעל אפיונים מסוימים למחשב, המחשב מחפש את המקום המסומן מראש
ובודק אם ישנה התאמה בין המיקום המסומן מראש והמיקום המיוצג על ידי
הפוטון.כאשר ישנה התאמה, המחשב מחזיר פוטון אדום בעל אפיונים מסוימים. אם
אין התאמה, הפוטון המוחזר הוא בעל אפיונים אחרים.
הצוות איחד את המחשב לכדי מבנה גדול יותר אשר כלל מפצל קרני אור עם
אפשרות לפיצול לנתיב לתוך המחשב ולנתיב עוקף המחשב. בהתחשב בטבע הקוונטי
שלו, הפוטון שאמור להפעיל את המחשב גם נכנס וגם לא נכנס למחשב. “זה מציב
את המחשב במצב סופרפוזיציוני של ריצה וגם אי-ריצה”, הוסטון מסביר.
גלאי פוטונים הנמצאים במורד הזרם מודדים אותות אור הנקלטים מהנתיבים
השונים, אשר מעידים האם הפוטון עבר במחשב, ומראים מה היה מיקום המטרה שלו
במסד הנתונים הזעיר. כאשר מתבצעות מדידות אלה, המחשב אינו יכול עוד לשמור
על המצבים המרובים והסופרפוזיציה קורסת, ומותירה עדות באשר לריצתו או
לאי-ריצתו המחשב.
אכן, הגלאים הראו בשליש מהפעמים שכאשר פוטון לא עבר במחשב, ומכך שגם לא
בוצע חיפוש, המחשב חישב את התוצאה הנכונה לשאלה: האם הייתה אי-התאמה בין
המיקום שמיוצג על ידי הפוטון שנכנס לבין מיקום המידע שנבחר מראש.
ציוותו של קוויאט גם מציגה חישובים תאורטיים המראים כיצד ניתן להעלות את
דיוק החישוב עד לכמעט מאה אחוזים, ולזהות היכן היה מיקום המטרה ולא רק
לחשב אם היתה או לא היתה התאמה.
צ'רלס בנט ממרכז המחקר של יבמ על שם תומס ווטסון ביורקטאון הייטס
בניו יורק שיבח את העבודה החדשה על כך שהיא “חקרה את אותם המקומות היכן
שהצפי על פי תורת הקוונטים נראה הכי שונה מההגיון הפשוט”.
לידיעה באנגלית
ידען הפיסיקה
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~419003978~~~80&SiteName=hayadan
