העולם הקוונטי לא כזה בדיד כפי שחשבנו ולכן אפשר להציל את החתול של שרדינגר

האם סוף סוף המאבק בין גדולי הפיזיקה הקוונטית, בוהר ושרדינגר, מגיע לפיתרון? חוקרים מאוניברסיטת ייל פרסמו לאחרונה בכתב העת המפורסם נייצ'ר מאמר המעיד כי קפיצה קוונטית דווקא רציפה כפי ששרדינגר טען ולא רגעית כפי שבוהר חשב

החתול של שרדינגר. איור: shutterstock
החתול של שרדינגר. איור: shutterstock

מערכות אטומיות בטבע מחביאות בתוכן תופעות דיסקרטיות שמקורן בתורת הקוונטים. דוגמא מפורסמת לכך מגיעה מספקטרום האור הנפלט מגופים לוהטים. אטומים מעוררים, או במילים אחרות אטומים שספגו אנרגיה, פולטים בצורה אקראית ובזמנים קצרים את האנרגיה שבלעו בחזרה לסביבה. אותה אנרגיה נפלטת במנות בדידות התואמות את רמות האנרגיה הדיסקרטיות של כל אטום. במשך שנים פיזיקאים ברחבי העולם ניסו לענות על השאלה האם ניתן לחזות מתי באטום יפלוט בחזרה את האנרגיה? האם ניתן לזהות סימנים מקדימים שיעידו לקראת שחרורה? בתחילת המאה ה-20 הפיזיקאים נמנו לשני מחנות – אלו שצידדו עם בוהר בטענה שהמעבר האנרגטי מתרחש במיידית, ומכאן מקור השם "קפיצה קוונטית" (בין רמות שונות של אנרגיה),

מהוגי תורת הקוונטים. מימין איינשטיין, משמאל בוהר. מקור: PIXABAY
מהוגי תורת הקוונטים. מימין איינשטיין, משמאל בוהר. מקור: PIXABAY

או עם תפיסתו של שרדינגר, שטען שמדובר במעבר רציף וקוהרנטי. במהלך השנים גדלה התמיכה בתפיסתו של שרדינגר וקיבלה חיזוק תיאורטי באמצעות "תאוריית המסילה הקוונטית". הבעיה מתמטית דומה לבעיה הקלאסית של תחזיות צונאמי. מצד אחד קשה לחזות

לאורך זמן מתי הצונאמי הבא יכה את החוף, אבל קיימים סימנים מקדימים שעשויים להעיד האם ומתי הצונאמי יתרחש. לצד פיתוחים מתמטיים, נערכו מעט מאוד ניסיוניות למדוד קפיצה קוונטית במעבדה. הפעם הראשונה שנצפה במעבדה מעבר קוונטי בין רמות אנרגיה באטום היה בשנת 1986, אך לצערנו מערכות המדידה לא היו מספיק רגישות כדי לענות על השאלה האם מדובר בקפיצה רגעית או במעבר רציף.

כעת, כשעומדות לרשותנו טכנולוגיות רגישות, חוקרים מאוניברסיטת ייל החליטו לנסות לענות על שאלות יסודיות אלה. באמצעות על מוליך הם הרכיבו מערכת המדמה אטום עם שלוש רמות אנרגיה שונות. תחת מערכת ניסוי זו, החוקרים הצליחו להראות מעבר רציף וקוהרנטי בין רמות האנרגיה ולחזק את תאוריית המסילה הקוונטית. בנוסף, תחת פולסים חשמליים החוקרים הצליחו לעצור את התהליך לפני שהושלם ולהחזיר את אטום הדמה למצב המעורר.

אטום מדומה

לקורא הסקרן להלן שיטת המדידה בקווים כלליים: האטום המדומה מכיל שלוש רמות אנרגיה. רמות אלו כונו G [מהמילה קרקע באנגלית (רמת היסוד)], D [מהמילה חושך באנגלית], והרמה B  [מהמילה בהיר באנגלית גם כן]. הרמה הבהירה מכונה כך בזכות העובדה שעת המעבר ממנה למצב היסוד יפלט פוטון (חלקיק של אור) הניתן למדידה. מצב חשוך מכונה ככזה משום שלא ניתן לזהות אותו בצורה ישירה על ידי פליטת אור. כשהמערכת מאירה, החוקרים יודעים שקיים מעבר בין B ל-G. הייחודיות בניסוי זה מגיע מהעובדה שהנסיינים יכולים כעת למדוד פוטונים בודדים (באופן בלתי ישיר) שנפלטים מאטום הדמה. בעת המעבר המערכת "מודיעה", כביכול, על מעבר באמצעות עמעום בעוצמת ההארה. ברגע שלא נצפו פוטונים, המערכת השלימה את המעבר למצב החשוך.

שרדינגר בצעירותו בשנת 1914. מקור: ויקיפדיה
שרדינגר בצעירותו בשנת 1914. מקור: ויקיפדיה

לטענת החוקרים מייל "אומנם קפיצות קוונטיות נראות רנדומליות ובדידות לאורך זמן, אך העובדה שניתן לתקן קפיצה שכזו משמעותה שההתפתחות הזמנית שלה מאופיינת, בצורה כלשהי, בחוקים דטרמיניסטיים. הקפיצה מתרחשת תמיד באותה הדרך, באותה תבנית". החוקרים מוסיפים כי "התוצאה הניסיונית תשמש בסיס לשיטות טכנולוגיות שיכולות לשלוט במערכות קוונטיות ולתקן שגיאות במחשבים קוונטיים תוך כדי תנועה". קפיצות קוונטיות לא רצוניות יכולות להעיד על טעויות חישוב. אם חוקרים יוכלו לזהות קפיצות שכאלה תוך כדי חי

שוב, תפתח דרך נוספת לבניית מחשבים קוונטים מרובי קיוביטים.

למאמר המדעי בנייצ'ר:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1287-z

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

10 תגובות

  1. לתגובתו של "סתם דפוק" המאמר רציני בהחלט מוליכות על זה דבר אמיתי לגמרי והכבל המוליך על הראשון נוצר עוד בשנת 1962 אתה יכול לחפש את זה בגוגל אם אתה מעונין ללמוד על זה עוד

  2. על השאלה לפיזיקאי – גם אם אני אוריד את הדרישה לעירור ולא יינון (כלומר לא לתלוש את האלקטרון, פשוט להעלות לו את האנרגיה), התשובה היא לא. המצבים האנרגתיים שאלקטרון יכול להמצא בהם תחת המשיכה לגרעין האטום עדיין דיסקרטיים ורק האנרגיה המתאימה יכולה להקפיץ אלקטרון ממצב אחד לאחר. האלקטרון אפשר לומר עדיין קופץ, כלומר הוא לא נמצא במצב יציב בין מצבי האנרגיה. ההבדל הוא שהמעבר לא מתרחש באופן רגעי, אלא בזמן סופי וקבוע. בגלל שיש דפוס ברור למעבר, חוקרים יכולים לעצור את הקפיצה תוך כדי שהיא מתרחשת. אני מקווה שזה עונה לשאלתו של עמי. האלקטרון אכן יכול לשהות במצבי אנרגיה דיסקרטיים בלבד, תוך שהקפיצה לא רגעית, אלא רציפה בזמן. בעניין הסרטן אני לא הסמכות לענות, אך אני כן יכול לומר שעדיין נדרשת אנרגיה חזקה כדי לגרום לסרטן (אקס ריי, גאמא, בטא באנרגיה מספקת וכו'), לא כל קרינה פוגעת בבני האדם.

  3. אם נגיד שהניסוי נכונה..
    האם אפשר להסיק מזה שכל סוג של קרינה עלול לגרום לינון בסתברות מסויימת ולסרטן..
    ללא קשר להספק שלו?

  4. האם מדובר על הרמות שבהן נמצא האלקטרון מסביב לגרעין? ועל כן, לא יהיה יותר נכון לומר שניתן "לצפות" באלקטרון רק ברמות אנרגיה מסויימות, אך לא באופן רציף ביניהן (ואני מקווה ששאלתי באופן מובן…)?

  5. מאמר לא רציני
    בנו "מוליך על"
    כנראה רק בתאוריה (או שמדובר באירון מן)

  6. המשפט "מערכת המדמה אטום" בא לציין שהמערכת מכילה רמות אנרגיה דיסקטיות שאותן ניתן למדוד ולהעריך. ממש כמו באטום שיש לו רמות אנרגיה דיסקרטיות שהוא יכול להמצא בהן. יתרה מכך, האלקטרונים, באטום ובעל מוליך הם הגופים היסודיים שקופצים בין רמות אנרגיה.

  7. עצם העובדה שמצליחים לעשות את הניסויים האלה היא יותר מפתיע מתוצאות הניסוי עצמו..

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן