מדעני מכון ויצמן למדע יצרו את הטרנזיסטור הפוטוני הראשון בעולם

בלב המערכת שפיתחו המדענים מצוי אטום היכול להימצא באחד משני מצבים, ובהתאם לכך מעביר פוטונים ימינה או שמאלה – לפי הוראה שקיבל מהפוטון הקודם: במצב אחד פוטונים המגיעים מימין מוזרמים על-ידו שמאלה. הגעת פוטון משמאל גורמת להחזרתו באותו כיוון, ולהיפוך מצבו של האטום. במצב ההפוך מוזרמים פוטונים המגיעים משמאל ימינה, ופוטון המגיע מימין מוחזר, והופך בחזרה את מצבו של האטום. באופן זה נוצר מפסק מתחלף, אשר מופעל אך ורק באמצעות פוטונים בודדים – ללא צורך בהפעלת שדות חיצוניים אחרים על המערכת. הודות לכך אפשר עקרונית לצרף את היחידות הבסיסיות זו לזו למערכת מורכבת. היחידות יעבירו ביניהן את זרם הפוטונים, וכל אחת מהן תפעיל את הבאה בתור ותקבע את כיווניותה.

הישג זה, שהתפרסם השבוע בכתב-העת המדעי Science, התאפשר בזכות שילוב של שתי טכנולוגיות חדשניות. טכנולוגיה אחת מאפשרת ללכוד ולקבע אטומים בתוך תא ריק באמצעות קרני לייזר ושדות מגנטיים למשך פרק זמן ארוך דיו כדי לקיים מפגש עם זרם הפוטונים. טכנולוגיה נוספת אחראית להביא למפגש את הפוטונים. לכידתם מתבצעת במהודים (רזונטורים) זעירים על שבב, בהם מסתובבים הפוטונים פרק זמן ממושך. מהודים מסוג זה, המיוצרים בשיטות פוטו-ליטוגרפיות הדומות לטכנולוגיה שבה מיוצרים שבבים, נחשבים המהודים הטובים בעולם כיום, ומאפשרים את האינטראקציה המבוקרת היטב בין הפוטונים לאטום. ד"ר דיין היה שותף למאמץ לשלב בין שתי טכנולוגיות אלה לפני מספר שנים, בזמן מחקרו הבתר-דוקטוריאלי במכון הטכנולוגי של קליפורניה, וכיום מעבדתו במכון ויצמן למדע היא אחת מקומץ מעבדות ברחבי העולם המיישמות אותן.

ד"ר דיין: "הדרך לבנייתו של מחשב קוונטי עדיין ארוכה; אך המערכת שיצרנו מדגימה עקרונות בסיסיים שעשויים  להיות ישימים בארכיטקטורות עתידית של מחשב כזה. העקרונות שהדגמנו בהתקן הזה,  שבו אטום בודד מתפקד כטרנזיסטור – או מתג מתחלף – לפוטונים, יכולים להוות בסיס לבניית רשתות קוונטיות עתידיות שבהן יהיו הרבה התקנים פאסיביים המתקשרים זה עם זה רק באמצעות פוטונים, כולל רשתות שיהיו מבוססות על מרכיבי בסיס שאינם בהכרח אטומים. במחקרים הבאים אנו מקווים להדגים עוד התקנים כאלו, שיופעלו אך ורק על ידי פוטונים, כמו למשל זיכרון קוונטי או שער לוגי".

מידע נוסף אפשר לקבל במשרד דובר מכון ויצמן למדע: 08-934-3856