הדרך למחשב קוונטי התקצרה משמעותית

חוקרים מציריך ומגרמניה, הצליחו לייצר טרנזיסטור אופטי המורכב מפרודה יחידה. ממצא זה מצעיד אותם שלב אחד קרוב יותר לפיתוחו של מחשב קוונטי.

חוקרים מציריך ומגרמניה, הצליחו לייצר טרנזיסטור אופטי המורכב מפרודה יחידה. ממצא זה מצעיד אותם שלב אחד קרוב יותר לפיתוחו של מחשב קוונטי.

תקשורת המִרְשֶׁתֶת (אינטרנט) והמחשבים עצמם חייבים להיות מהירים ועוצמתיים יותר ויותר בימינו. אולם, יחידות עיבוד מרכזיות (CPUs) הפועלות כיום מגבילות את הביצועים של המחשבים, וזאת מאחר והן מייצרות כמות עצומה של חום. מיליוני רכיבי הטרנזיסטורים הממתגים ומגבירים את האותות האלקטרוניים במעבדים הם האחראים לכך. סנטימטר ריבועי אחד של מעבד יכול לפלוט כמות של 125 וואטים של חום – כמות הכפולה פי עשרה מזו הנפלטת מסנטימטר ריבועי של פלטה חשמלית.

אלו הן הסיבות העיקריות שהובילו את המדענים לנסות מזה זמן רב למצוא דרכים לפיתוח מעגלים משולבים הפועלים על בסיס פוטונים במקום אלקטרונים. הסיבה לכך טמונה לא רק בעובדה כי פוטונים פולטים כמות חום נמוכה מזו של אלקטרונים, אלא גם בשל העובדה כי הם מאפשרים קצבי העברת מידע גבוהים בהרבה.

למרות שחלק גדול מהנדסת הטלקומוניקציה דהיום מבוססת על שידור אותות אופטיים, קידוד המידע הנדרש מופק באמצעות מתגים אלקטרוניים. עדיין ארוכה הדרך לפיתוחו של טרנזיסטור אופטי מתאים. החוקר Vahid Sandoghdar, פרופסור מהמעבדה לכימיה פיסיקלית באוניברסיטת ציריך מסביר כי, “אם נשווה את המצב הנוכחי של טכנולוגיה זו לאלקטרוניקה, נוכל לומר שאנו קרובים יותר למגברים מבוססי-שפופרות ריק שפעלו בשנות החמישים מאשר למעגלים המשולבים דהיום.”

אולם, קבוצת המחקר שלו השיגה עתה פריצת-דרך חשובה בזכות פיתוח מוצלח של טרנזיסטור אופטי המורכב מפרודה יחידה. לשם כך, הם ניצלו את העובדה כי האנרגיה של כל פרודה הינה בדידה: כאשר קרינת לייזר פוגעת בפרודה המצויה במצב הבסיס שלה, קרינה זו נספגת. כתוצאה מכך אלומת הלייזר משוככת. בהמשך לכך, ניתן לפלוט החוצה באופן מוכוון את האנרגיה העודפת שנספגה באמצעות אלומת אור שנייה. פעולות אלו מתרחשות מכיוון שהאנרגיה העודפת שמקורה באלומה משנה את המצב הקוונטי של הפרודה תוך כדי הגברת אלומת הקרינה. מנגנון כזה מכונה פליטה מעוררת, שתוארה כבר לפני תשעים שנים ע”י אלברט אינשטיין ומהווה גם את הבסיס לקיומם של לייזרים.

אחד מהחוקרים השותפים למחקר מסביר: “הגברה בלייזר רגיל מושגת באמצעות מספר רב של פרודות כימיות.” ע”י מיקוד אלומת לייזר על פרודה זעירה יחידה, הצליחו עתה החוקרים ליצור פליטה מעוררת המבוססת על פרודה יחידה בלבד. מה שסייע להצלחתם טמון בעובדה כי בטמפרטורות נמוכות, נראה כי פרודות נוטות להגדיל את שטח הפנים החופשי שלהן לשם תגובה עם אור. לשם כך החוקרים נדרשו לקרר את הפרודה למינוס 272 מעלות צלסיוס – מעלה אחת בלבד מעל האפס המוחלט. במקרה הזה, שטח הפנים המוגדל התאים לקוטרה של האלומה הממוקדת.

באמצעות השימוש בקרן לייזר אחת ליצירת המצב הקוונטי המתאים של פרודה יחידה באופן מבוקר, מדענים יוכלו להחליש או להגביר במידה משמעותית קרן לייזר שנייה. צורת הפעלה שכזו זהה לאופן פעילותו של טרנזיסטור שבו ניתן להשתמש במתח חשמלי לשם אפנון אות שני.

בעקבות כך, חלקי מרכיבים כגון הטרנזיסטור החדש, המבוסס על פרודה יחידה, יוכלו לסלול את הדרך לפיתוח עתידי של מחשב קוונטי. מסביר החוקר: “עדיין נידרש לשנים רבות של מחקר לפני שפוטונים יחליפו אלקטרונים בטרנזיסטורים ורכיבים חשמליים אחרים. לעת עתה, מדענים יילמדו כיצד לשלוט ולשנות מערכות קוונטיות באופן מוכוון – מחקרים שיקדמו אותם אל עבר החלום של מחשב קוונטי.”

הידיעה מהאוניברסיטה