ב-TU Wien נבנתה מערכת שיוצרת אינטראקציה חזקה בין שני פוטונים בלבד. אינטראקציה זו היא כל כך חזקה, שהמופע של הפוטונים משתנה ב-180 מעלות.
מאת נסים הדר
בדרך כלל, גלי אור לא משפיעים אחד על השני - גלי אור יכולים לעבור אחד את השני מבלי כל השפעה אחת על שנייה. צימוד בין פוטונים אפשרי רק בעזרתם של חומרים מיוחדים ואור מאוד אינטנסיבי. מדענים בווינה הצליחו ליצור צימוד חזק של שני פוטונים -הישג חשוב לאופטיקה קוונטית.
עבור יישומים רבים בטכנולוגיה קוונטית, אינטראקציה בין פוטונים היא חיונית .למשל, זהו תנאי הכרחי להעברת מידע בערוצים קוונטיים שאינם ניתנים להאזנה, או לבניית שערים לוגיים אופטיים . מדענים באוניברסיטת וינה לטכנולוגיה (TU Wien), הצליחו לבצע שיזור חזק בין שני פוטונים בודדים. תוצאות הניסוי פורסמו בכתב העת המדעי Nature Photonics.
"כדי שתהיה אינטרקציה בין גלי אור, משתמשים במה שמכונה מדיה לא-לינארי", אומר פרופ' ארנו רושנבוטל (Arno Rauschenbeutel, מהמכון לפיסיקה אטומית ותת-אטומית, TU Wien). לאור יש השפעה על תכונותיהם של חומרים אלה, והחומר בתורו משפיע על האור, מה שמוביל לצימוד עקיף בין פוטונים . בטכניקה זו, עם זאת, ניתן להשתמש רק בעוצמות אור חזקות, כאשר פוטונים רבים מעורבים .
ב-TU Wien נבנתה מערכת שיוצרת אינטראקציה חזקה בין שני פוטונים בלבד. אינטראקציה זו היא כל כך חזקה, שהמופע של הפוטונים משתנה ב-180 מעלות. לדברי פרופ' רושנבוטל, הדבר דומה למטוטלת, שאמור לנוע לצד אחד, אך בשל צימוד עם מטוטלת שנייה, הוא נע לצד השני. אין, ולא יכול להיות שינוי קיצוני יותר בתנודה של המטוטלת. בדרך זו משיגים את האינטראקציה החזקה ביותר עםהעצמה הקטנה ביותר האפשרית של אור.
כדי לאפשר זאת ,הפוטון נשלח למסע לא סביר. סיבי זכוכית דקים במיוחד מוצמדים לתא-תהודה זעיר בצורת בקבוקון, כך שאור יכול להיכנס לתא התהודה, לנוע במעגלים ולחזור לתוך סיב הזכוכית. מעקף זה דרך תא התהוגה מוביל לשלב של היפוך מופע הפוטון ב-180 מעלות. כאשר, לעומת זאת ,אטום רובידיום יחיד מוצמד לתא התהודה, המערכת משתנתה באופן דרמטי. בשל נוכחותו של האטום, אור כמעט ולא נכנס לתא התהודה והיפוך המופע לא קורה. דברים משתנים כאשר שני פוטונים מגיעים באותו הזמן. האטום הוא "חומר סופג" שיכול להיכנס לרוויה. פוטון נספג על ידי האטום לזמן קצר ולאחר מכן משוחרר לתא התהודה. באותה הזמן, האטום אינו יכול לספוג עוד פוטונים. אם שני פוטונים מגיעים בו-זמנית, רק אחד יכול להיספג, ואילו השני עדיין יכול לעבור היפוך מופע.
מנקודת מבט של מכניקת הקוואנטים, אין הבדל בין שני הפוטונים. ניתן להבינם אך ורק כאובייקט יחיד, דמוי גל הנמצא בתא התהודה ובסיב הזכוכית באותו הזמן. הפוטונים אינם ניתנים להבדלה – לא ניתן לומר איזה מהם הוא הנספג ואיזה עבר. כאשר שני הפוטונים פגעו בתא התהודה באותו הזמן, שניהם יחד חוו שינוי מופע של 180 מעלות . שני פוטונים באינטראקציה המגיעים בו זמנית מציגים התנהגות שונה לחלוטין מפוטונים בודדים.
"בדרך זו, ניתן ליצור מצב של שיזור מקסימאלי בין פוטונים" , אומר פרופ' רושנבטל. מצבים כאלה נדרשים בכל תחומי האופטיקה הקוונטית -בטלפורטציה קוונטית, או לטרנזיסטורים אופטיים, אשר יכולים לשמש למחשוב קוונטי. יתרון גדול של המערכת החדשה הוא שהיא מבוססת על טכנולוגיית סיבי זכוכית ,שכבר נמצאת בשימוש בתקשורת האינטרנט. סיבי זכוכית ו"ננו-בקבוקים" תואמים באופן מושלם לטכנולוגיות קיימות. היצירה הממוקדת של של אינטראקצית פוטון-פוטון חזקה היא צעד חשוב לקראת רשת מידע קוונטים בעולם להעברת נתונים חסינת האזנה