כשאור וחומר פועלים כאחד

במאמר שפורסם בכתב העת Science Advances, הדוקטורנט איתמר רוזנברג והצוות בראשותו של פרופסור רונן רפפורט מהמרכז לאינפורמציה קוונטית באוניברסיטה העברית הצליחו לראשונה להגדיל את האינטרקציה בין פולריטונים, דמויי חלקיקים קוונטים המורכבים מאור וחומר יחדיו, ובכך פתחו את האפשרות לשימושם במחשבים קוונטים

צוות המעבדה וכותבי המאמר, מימין: דרור לירן, איתמר רוזנברג, פרופ' רונן רפפורט, יותם מזוז הרפז. קרדיט: האוניברסיטה העברית.

המהפכה הטכנולוגית הבאה בעולם המחשוב מגיעה דווקא ממקום לא צפוי – מכניקת הקוונטים. הפיזיקה שמסבירה את התנהגותם של חלקיקים יסודיים עשויה להוליד דור חדש של מחשבים שעתידיים לפתור בעיות שעד כה נחשבו לבלתי אפשריות במחשבים של היום.

מחשבים קוונטיים

כל המידע שאגור ומעובד במחשבים מודרניים נשמר בשרשראות של תווים שערכם  0 או 1 , כאשר כל תו כזה נקרא "ביט". אותו ביט קיים פיזית בתוך השבבים כזרם חשמלי המורכב מאלקטרונים מרובים. החישבים נעשים דרך מניפולציות על הביטים בעזרת המון "מתגים" פיזיים המכונים טנרנזיסטורים. כאשר מתג כזה דולק ומאפשר לזרם לעבור דרכו הערך של אותו ביט יהיה 1, וכאשר המתג כבוי ואין זרם הביט יקרא 0. לעומתם, המחשבים העתידניים המכונים מחשבים קוונטים לא משתמשים בזרם חשמלי רגיל כביט, אלא בחלקיקים היסודיים של טבע ובכך הם מנצלים את מכניקת הקוונטים לטובתם. השאלה שחוקרים כרגע דנים היא באילו חלקיקים להשתמש כביטים במחשב קוונטי? או קיוביטים בשמם המדעי.

מימין: הדוקטורנט איתמר רוזנברג ופרופ' רונן רפפורט. קרדיט: האוניברסיטה העברית

האתגר שבאור

חוקרים כבר הראו שניתן להשתמש באלקטרונים כקיוביטים. בדומה למחשבים ביתיים, תהליך החישוב הקוונטי עושה מניפולציות על הביטים שלו דרך ״טרנזיסטורים קוונטיים״. קל יחסית לעשות מניפולציות בין ביטים אלקטרוניים, כי אלקטרונים הם חלקיקים טעונים שמשפיעים זה על זה ומרגישים כוחות חשמליים ומגנטיים חיצוניים. אבל בדיוק בגלל הרגישות הזאת של האלקטרונים להשפעות סביבתיות לא רצויות, כדי שחלקיקים אלו יבצעו חישובים מדוייקים עליהם להיות מבודדים מהסביבה ולשהות בטמפרטורה נמוכה מאוד. כמו כן קיוביטים אלקטרוניים אינם ניידים וקשה להעביר את האיפורמציה שהם נושאים למרחק. מגבלות אלו הובילו את החוקרים לחשוב על חלקיקים אחרים שעשויים לשמש כקיוביטים ניידים. משום שלפיזיקאים ניסיון עשיר עם חלקיקי אור (פוטונים) הדבר המתבקש היה לראות האם הם מועמדים מתאימים, אך גם איתם קיימת בעיה. בעוד שחלקיקי האור נעים מהר ורחוק וכך נושאים אינפורמציה קוונטית ביעילות, הם לא משפיעים אחד על השני ולכן קשה מאוד לבצע עליהם מניפולציות ולבנות טרנזיסורים קוונטיים לפוטונים, כדי לערוך איתם חישובים.

קרדיט: האוניברסיטה העברית

כשאור וחומר פועלים יחדיו

נראה לכן שלחלקיקי חומר וחלקיקי אור יש יתרונות משלימים. אם חוקרים יצליחו לתת לאור תכונות של חומר אולי הם יהיו קיוביטים מועמדים ״שיהנו משני העולמות״. במעבדה של פרופסור רונן רפפורט מייצרים ממש מצב שכזה. אם מאירים אור על חומרים מסוימים הנקראים מוליכים למחצה אפשר ליצור בתוכם מצב דמוי חלקיקי הנקרא "פולריטון" שנמצא בשני המצבים – חלקיק אלקטרוני (חלקיק חומר) וחלקיק פוטוני (חלקיק אור). אם החלקיק יהיה קיוביט בצ'יפ קוונטי הוא צריך להשפיע אחד על השני מספיק כדי לשנות את התכונות של כל פולריטון.

עד כה ניסויים על פולריטונים הראו שהאינטרקציה בינם לא מספיק חזקה, אך לראשונה במעבדתו של פרופ' רפפורט מהמרכז לאינפורמציה קוונטית באוניברסיטה העברית הראו שאם מפעילים עליהם שדות חשמליים האינטרקציה גדלה, כך שיתכן שמחשב קוונטי עתידי יוכל לערוך באמצעותם חישובים. משום שהפעלת שדה חשמלי משפיעה על עוצמת האינטרקציה שיטה זו  נחשבת כיעילה ודינאמית – חוקרים יכולים לכייל את העוצמה ולכבות אותה בכל זמן במקום שיבחרו וזאת בהתאם לדרישתם.

קרדיט: האוניברסיטה העברית

פרופ' רונן רפפורט הוא ראש החוג במכון רקח לפיזיקה ושותף במרכז לאינפרומציה קוונטית באוניברסיטה העברית.

לעמוד של פרופ' רונן רפפורט

לעמוד של "המרכז לאינפורמציה קוונטית"

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

לראשונה בוצעה הדמיה של מולקולה בעזרת מחשב קוונטי 
צוות ישראלי-בינלאומי מפתח מחשב קוונטי במימון קרן QuantERA
ההיסטוריה של תחום מדעי המידע הקוונטי
שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

3 תגובות

  1. חקי חיון: "את רוב הנזק והגיהנום בעולמנו גרמו בני אדם במו ידיהם ובמו מעשיהם" – נכון, בגלל האמונה באלוהים. חוץ מזה, כתבה מגניבה.

  2. חקי חיון , התפתחות קוונטית ורובוטית ויצירת בריאה על ידי בני אדם לא תתאפשר ללא רשות האלוהים. אלוהים כבר שיבש לפייסבוק שני רובוטים ששוחחו ביניהם באמצעות בינה מלאכותית ובנוסף בתכנית טלוויזיה מסוימת אלוהים גרם לרובוטים בעלי בינה מלאכותית לומר בשידור חי את המילים אנו הרובוטים נחסל את האנושות ואז בשיד חי מפעילי הרובוטים נאלצו לכבות את הרובוטים המשוחחים.אלוהים בשנה האחרונה הוביל רובוט שוטר ישירות לנפילה לבריכת מים בחצר הבניין בו שמר הרובוט. ועוד וכדומה… בני האדם יודעים רק להרוס ולקלקל כמו בסיפור מגדל בבל הם חושבים שה יותר יודעים מאלוהים. את רוב הנזק והגיהנום בעולמנו גרמו בני אדם במו ידיהם ובמו מעשיהם. בעתיד הנראה לעין אלוהים בעצמו ינחה את המפתחים והמבצעים בכל עולמנו מה בדיוק לעשות וכיצד בדיוק לעשות. ייתכן שאלוהים ירשה לבני האדם להיות יוצרים ובוראים אך זה יתבצע אך ורק באישורו במפורש כי רק אלוהים יודע בין טוב לרע.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן