להדגמה זו נודעת משמעות רבה שכן האור הוא “סוס העבודה” של מערכות התקשורת העכשוויות, ופוטונים בודדים צפויים להוות את עמוד השדרה של מערכות עתידיות של תקשורת קוונטית
כמו דייגים שלוכדים דג בודד מתוך להקת דגים השוחה בנהר, הצליחו באחרונה מדעני מכון ויצמן לתלוש” פוטון בודד מתוך הבזק אור.
להדגמה זו נודעת משמעות רבה שכן האור הוא “סוס העבודה” של מערכות התקשורת העכשוויות, ופוטונים בודדים צפויים להוות את עמוד השדרה של מערכות עתידיות של תקשורת קוונטית. “מערכות עכשוויות של תקשורת אופטית משתמשות בהבזקי אור, שבהם הרבה פוטונים, כדי לייצג כל ביט”, אומר ד”ר ברק דיין, מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, שהביל את המחקר. ביט, או סיבית, הוא מעין מתג שיכול להימצא באחד משני מצבים: אפס או אחד. לעומת זאת, ״ביט קוונטי״ יכול להימצא בעת ובעונה אחת בכל שילוב של שני המצבים. ״ברגע שנעבור לתקשורת קוונטית״, אומר ד״ר דיין, ״לא תהיה ברירה אלא להשתמש בפוטונים בודדים, שכל אחד מהם מייצג ‘ביט קוונטי’. לכן, היכולת לשלוט בתנועתם של פוטונים בודדים מעוררת עניין רב, ומקדמת את אפשרות יישומן של טכנולוגיות קוונטיות שונות”.
ד”ר דיין וקבוצת המחקר שלו, ובהם ד”ר סרג’ רוזנבלום ותלמיד המחקר אוראל בכלר, בנו מערכת מורכבת המאפשרת “לתלוש” פוטון בודד לפי דרישה. המנגנון שהם פיתחו מסתמך על תוצא פיסיקלי הקרוי אינטראקציית רמאן של פוטון בודד, או בראשי התיבות SPRINT. מנגנון זה מבוסס על עבודה עם אטום בודד או, באופן חליפי, על מערכת דמוית אטום. “יתרונו של תוצא SPRINT”, אומר ד”ר דיין, “מתבטא בכך שהוא פסיבי לחלוטין, כלומר, הוא מסתמך אך ורק על האינטראקציה בין האטום לבין הבזק האור הפוגע בו”. במחקר קודם, השתמשו המדענים בתוצא SPRINT כבמתג לפוטונים בודדים, שאיפשר להם לנתב את הפוטונים למסלולים שונים. בעבודה זו, כל אטום מתפקד כמלכודת ולא כמתג, והוא “שולף” פוטון יחיד משטף הפוטונים הנוהרים במסלולם, מפנה אותו לכיוון אחר ולאחר מכן מכבה את עצמו. ממצאי מחקר זה פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Photonics.
המערכת הניסיונית של ד”ר דיין ושותפיו למחקר, נסמכת על שילוב של כמה מהטכנולוגיות המתקדמות ביותר כיום: קירור ולכידת אטומים באמצעות לייזר (במקרה זה, אטומי רובידיום), ייצור התקני זכוכית זעירים על גבי שבב סיליקון, וייצור סיבים אופטיים מיוחדים שעוביים נמדד במאות ננומטרים. “אפשר לרתום את היכולת להסיט פוטון יחיד מאלומת פוטונים לצרכים שונים”, אומר ד”ר דיין, “החל ממחקר בסיסי וכלה בציתות למערכות תקשורת והצפנה קוונטיות, המסתמכות על פוטונים בודדים״.
