שזירה קוונטית (quantum entanglement) היא אחת התופעות המרתקות ביותר של מכניקת הקוונטים. אם מתרחשת תופעה זו, שני גופים נפרדים זה מזה יכולים לבטא מתאם חזק גם ללא החלפת מידע ביניהם. בשימוש נכון, שזירה קוונטית יכולה להועיל לפרוטוקולי תקשורת חדשניים, לייצור של מספרים אקראיים מאומתים, ובסופו של דבר, למה שכולם מייחלים לו – יצירת מחשב קוונטי. על מנת ששזירה קוונטית תהייה מועילה, יש למדוד את החתימה הניסיונית הנכונה המעידה כי הגופים שזורים. אלא שכאן מתערבים תהליכי רעש מסוגים שונים, כשבדרך כלל לחוקרים נשארים רק רמזים קלושים על השזירה - ״צל״ ממנו ניתן להסיק רק בדיעבד שאולי הייתה שם פעולת שזירה כלשהי. יתרה מכך, המשימה נעשית קשה ככל שהגופים השזורים גדולים יותר. אלו נוטים להיות מעורבים ביותר תהליכי רעש, ובו בזמן דיוק המדידה הנדרש לגביהם גדול יותר מזה הנדרש לגופים קטנים. לא בכדי רוב ההצלחות לייצר ולמדוד שזירה קוונטית מוגבלים לאטומים ומולקולות בודדות.

עבודת המחקר החדשה, שפורסמה השבוע (חמישי) בכתב העת המדעי היוקרתי Science, בוצעה על ידי ד"ר שלומי קוטלר, מהמחלקה לפיסיקה יישומית באוניברסיטה העברית, במכון הלאומי (האמריקאי) לסטנדרטים וטכנולוגיה, יחד עם קבוצת המחקר לפוטוניקת מיקרו-גל מתקדמת בהובלת ג׳ון טופול וקבוצת התיאוריה של חישוב ותקשורת בהובלת עמנואל קניל וסקוט גלנסי. החוקרים הצליחו לצפות באופן ישיר במצב קוונטי שזור של שני תופים מכאניים, כל אחד בגודל קרוב לקוטר שערה אנושית.

תופים מכאניים הם יחידות זיכרון קוונטי המבוססות על אלמנטים מכאניים זעירים. כל תוף עשוי מאלומניום מוליך-על, שנראה כמו טרמפולינה זעירה המשובצת בתוך התקן מיקרו-גל (microwave chip), ומיוצר בתהליכים הדומים לדרך בה מייצרים שבבי מחשב רגילים. הייחוד שלהם הוא בכך שהם מאחסנים מידע בשיטה שאינה חשמלית. בניגוד לזיכרון רגיל של מחשבים קלאסיים כאן המידע מקודד ברעידות הזעירות של התנועה המכאנית של התופים.

החוקרים פיתחו טכניקה לייצר מצבים שזורים באותם תופים מכאניים על פי דרישה(on-demand) , ובנוסף טכניקת מדידה חדשנית. בטכניקת המדידה הרגילה הצליחו למדוד, עד כה, בעיקר רעש שאיננו קשור לתופים עצמם. רעש זה הסתיר את רוב המידע ואפשר לקבוע האם הייתה השזירה קיימת, רק בדיעבד. בטכניקה החדשה שפורסמה במחקרו של דר' קוטלר, על ידי הארה של התופים בגלי מיקרו-גל שנתפרו לבעיה, השזירה הקוונטית נצפתה מעל צללי הרעש שפעם הסתירו אותה. החוקרים הסבו שיטות מיקרו-גל של טכנולוגית סלולר מתקדמת, שלרוב משמשת את תעשיית הסמארטפונים, על מנת למדוד תופים קוונטים.

לפרסום המדעי: https://science.sciencemag.org/content/372/6542/622

הארץ - https://www.haaretz.co.il/science/physics/.premium.HIGHLIGHT-MAGAZINE-1....

ynet - https://www.ynet.co.il/environment-science/article/BkH334GOd

שלושה שיודעים, כאן תרבות - https://www.ifatmediasite.com/ms/radio/2021/05/12/10670606.mp3

הידען - https://www.hayadan.org.il/%D7%A6%D7%9C-%D7%A9%D7%9C-%D7%90%D7%9E%D7%AA-...