סמוי מעין
כתוב בגוף
שעת בין ערביים
ליטוף חטוף
שימוש בשמש
ביום בהיר
צחקוק של עונג
ציטוט של שיר
קרוב אלייך ימים שלמים
אלוהי הדברים הקטנים

 

 

מחשב קוונטי הוא מעין גביע קדוש שעומד במרכז שאיפותיהם של מדענים רבים, במקומות שונים בעולם. העובדה שאיש אינו יודע איך ייראה מחשב כזה ואיך בדיוק הוא יפעל, אינה מרפה את ידיהם של המדענים. התועלת שאפשר יהיה להפיק ממחשב כזה היא כה גדולה, עד שהיא מצדיקה את המאמץ ואת ההתמודדות עם חוסר הוודאות (אם מותר להשתמש בביטוי בהקשר זה). מחשבים קוונטיים יוכלו, בין היתר, לבצע חישובים שאי-אפשר לבצעם במחשבים רגילים, כגון פירוק מספר גדול מאוד, שנוצר כמכפלה של שני מספרים ראשוניים, למרכיביו. יכולת כזו משמעה אפשרות לפצח מידע המוצפן במערכות ההצפנה הנפוצות והאמינות ביותר הקיימות כיום, ואשר משמשות לתקשורת כלכלית, ביטחונית ופרטית.

יתרונו הגדול של המחשב הקוונטי, והקושי בבנייתו, נובעים מההבדל המהותי בין ביטים של מחשב רגיל לבין ביטים קוונטיים. ביט רגיל הוא מעין מתג הנמצא בכל רגע נתון במצב אחד מתוך שני מצבים אפשריים (למשל, "כבוי" ו"מופעל"), שאפשר לתארם בספרות אפס (0) ואחד (1), בהתאמה. לעומת זאת, ביט קוונטי ("קיוביט") יכול להימצא בעת ובעונה גם ב"אפס" וגם ב"אחד". לכן הוא יוכל לבצע חישובים רבים במקביל. היכולת הזאת נובעת מאחת מהתכונות הבסיסיות שתורת הקוונטים מייחסת לחומר ולאור כאחד: הקיום הכפול כחלקיקים וכגלים. בעולמם של הדברים הגדולים שולטת הפיסיקה הקלאסית, שלפיה מצויים גושי חומר במקומות מוגדרים. אבל בעולמם של הדברים הקטנים, החלקיקים התת-אטומיים, שולטת פיסיקת הקוונטים, שלפיה חלקיקי החומר מופיעים לפעמים כגלים שנמצאים בעת ובעונה אחת בכל מקום. כך למשל, גלי החומר יכולים לנוע בעת ובעונה אחת במספר מסלולים אפשריים - כל עוד שום גורם אינו מתבונן בהם או מודד אותם. ברגע שמישהו או משהו צופה בהם - הקיום הכפול קורס, החומר "בוחר" מסלול אחד בלבד, ובמסלול האחד הזה הוא מופיע במופע החומרי, החלקיקי שלו. זוהי, במובן מסוים, תמצית הקושי בבנייתו של ביט קוונטי. מצד אחד אנחנו רוצים ליהנות מהמקביליות שבקיומו. מצד שני, אם רוצים לשנות את מצבו (למשל, ממצב "אפס" למצב "אחד"), או לקרוא אותו, הוא עלול לקרוס אל המופע החלקיקי שלו, ולאבד את תכונת הגל ואת הקיום המקבילי.

פרופ' עדי שטרן, מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה המציא בעבר שיטה לבדיקת יכולתה של מערכת לשמש סוג מיוחד של קיוביט - ביט קוונטי טופולוגי. מדובר במערכת של אפקט הול הקוונטי, שבה חלקיקים מדומים נעים במישור ששדה מגנטי חזק  פועל בניצב אליו. מדובר בחלקיקים מדומים שמטעניהם החשמליים שווים לשליש, לרבע או לחמישית ממטען האלקטרון. חלקיקים אלה, שאינם מצויים בטבע, נוצרו במעבדתו של פרופ' מוטי הייבלום מאותה מחלקה.

מערכת כזאת חייבת לעמוד בקריטריונים מסוימים כדי להתאים להגדרה של קיוביט. החלקיקים חייבים להיות מסוגלים להחליף מקומות, והחלפות המקום האלה חייבות להשאיר סימנים שאפשר לעקוב אחריהם. במילים אחרות, השיטה חייבת לאפשר לשמור מידע באמצעות פעולות החלקיקים. בניסוי התיאורטי של פרופ' שטרן זורמים שני קווי זרם חשמלי במערכת כשביניהם "גדר"  הפרדה המכילה חלקיקים מדומים. אם מספר החלקיקים המדומים (בעלי המטען הקטן ממטען האלקטרון) אינו זוגי, האלקטרונים בזרם יתנהגו כחלקיקים, ויעברו את החומר בקו ישיר. אבל אם מספר החלקיקים המדומים הוא זוגי - האלקטרונים שנעים במערכת יתנהגו כגלים, ויתאבכו בקצה המסלול.

 

למעשה, לא רק מספרם של החלקיקים המדומים משפיע על המערכת, אלא גם גודל המטען החשמלי שלהם (שליש, רבע או חמישית ממטען האלקטרון). לחלקיקים שפרופ' הייבלום מדד בשנות ה-90 היו מכנים אי-זוגיים, ואלה אינם משאירים סימנים כשהם מחליפים מקום במישור. לכן הם אינם מתאימים לשמש ביטים לאיחסון מידע. לעומת זאת, החלקיקים המדומים שמטענם בעל מכנה זוגי (רבע ממטען האלקטרון), עשויים להתאים יותר לתפקיד הביט הקוונטי. חלקיקים מסוג זה הופקו לפני כשנה, לראשונה בעולם, על-ידי צוות של מדענים ממכון ויצמן, ובהם פרופ' מוטי הייבלום, פרופ' עדי שטרן, ד"ר ולדימיר אמנסקי, ד"ר דיאנה מהלו ותלמידת המחקר מירב דולב.

 

יכולתם של חלקיקים קוונטיים להימצא במספר מצבים ומקומות בעת ובעונה אחת (הקרויה "סופרפוזיציה") עשויה להקנות להם את יכולת החישוב המקבילי המבוקשת כל כך. אלא ש"סופרפוזיציה" קורסת למצב קיומי אחד מוגדר ברגע שמישהו או משהו מתבונן או מודד אותה (לזה כיוונו מייסדי תורת הקוונטים כשאמרו ש"הצופה משנה את התוצאה"). כך למשל, "סופרפוזיציה" מעולם לא נצפתה בעולמם של "הדברים הגדולים". ההסבר המקובל לכך הוא, שבגושי חומר המכילים חלקיקים רבים, כולם "צופים" בכולם ולכן ה"סופר-פוזיציה" של כולם קורסת אל מצב הקיום החומרי, המוגדר (תופעה הקרויה "די-קוהרנטיות"). כך נקלעו המדענים למצב שבו הם יכולים לתאר מחשב קוונטי פשוט, אבל אינם מסוגלים לבנות מערכת חישובית כזאת המבוססת על  מיליוני ביטים.

האתגר הזה עומד במרכז שאיפותיהם של ד"ר רועי עוזרי ותלמידי המחקר ניצן אקרמן, ינון גליקמן, שלומי קוטלר, יוני דלאל ואנה קסלמן, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע. ד"ר עוזרי מתעניין בעיקר ביכולת לבצע תיקוני טעויות בחישובים קוונטיים. המחשבים הקיימים כיום מונעים את רוב הטעויות באמצעות כפילויות ופרוטוקולים מיוחדים לתיקון טעויות. פרוטוקולים כאלה מגינים, למשל, על קבצי המוסיקה השמורים על תקליטורים מפני שריטות. פרוטוקולים דומים, אם ייושמו במערכות קוונטיות, עשויים לשמש כלים לזיהוי ולמניעה של די-קוהרנטיות, ובכך לשמור על "סופר-פוזיציות" של התקנים הבנויים מחלקיקי חומר רבים. כך, בדרך של הגנה פעילה, אולי אפשר יהיה להחיל את עקרון הסופר-פוזיציה בעולמם של הדברים הגדולים.

ד"ר עוזרי חוקר גם דרכים לייצור שערים לוגיים קוונטיים מורכבים (שערים לוגיים מבצעים את הפעולות הבסיסיות של חישובים אלקטרוניים). מדובר בדרכים שבהן פעולות המתבצעות על קיוביט אחד ישנו, במקרים מסוימים, את מצבו של קיוביט אחר. אבל כיצד מתגברים על הקושי העולה מהתכונה הקוונטית הבסיסית, שלפיה "הצופה משנה את התוצאה"? כיצד אפשר למדוד או לשנות קיוביט מבלי לגרום לקריסת המערכת למצב חומרי מוגדר?

ד"ר עוזרי מנסה לענות על השאלות האלה - ולהתגבר על הקושי המתואר בהן - באמצעות מערכת ניסוי המבוססת על יונים של סטרונציום (יונים הם אטומים שעברו "ניתוח לייזר" כדי להסיר חלק מהאלקטרונים שלהם). הוא יורה אחדים מהיונים האלה לתוך תא ריק (ואקום), שם הם נלכדים במערך של שדות חשמליים, ומקוררים באמצעות קרני לייזר לטמפרטורה של כמה מיליוניות מעלה מעל לאפס המוחלט. על אף שמדובר בכמה יונים בודדים, מצליח ד"ר עוזרי לבחון את ההשפעה של די-קוהרנטיות באמצעות הפעלת שדה אלקטרומגנטי שיוצר "רעש" בסביבתם של היונים. כדי להפעיל את היונים בתא הריק שבו הם כלואים, הוא משתמש בלייזרים נוספים שמכוונים כדי להעביר את יוני הסטרונציום ממצב אלקטרוני אחד למשנהו. הדיוק הנדרש בהתאמת תכונותיהם של הלייזרים האלה אל המעברים בין המצבים השונים של יוני הסטרוציום, מהווה אתגר של ממש. ד"ר עוזרי: "זה כמו לכייל את האורך של מוט שמגיע מכדור-הארץ עד הירח בדיוק של עובי שערה".

 

בטיחותה של שיטת ההצפנה הנפוצה כיום מבוססת על העובדה, שפירוק מכפלה של שני מספרים ראשוניים למרכיביה מחייב זמן רב מאוד (לעיתים הרבה יותר ממשך חיי אדם). מחשב קוונטי עשוי לשנות את מצב העניינים הזה, ולאפשר שבירת צפנים בפרקי זמן קצרים בהרבה.

 

 

 

מידה נכונה היא מרשם בדוק להצלחה בבישול, בניהול רגשות, ובתחומים רבים אחרים, לרבות גנטיקה. למשל, הגן הקרוי LIS1 ממלא תפקיד חיוני בהתארגנות הנוירונים במוח המתפתח. כאשר לעובר חסר עותק יחיד של הגן LIS1, המוח שלו לא מפתח את הקיפולים האופייניים, והוא נולד עם תסמונת "המוח החלק" (lissencephaly). תינוקות אלה  סובלים מפיגור שכלי קשה. אבל מה קורה אם לעובר יש כמה עותקים של הגן הזה? מחקר חדש של פרופ' אורלי ריינר, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, מראה שריבוי עותקים של LIS1 עלול גם הוא לגרום בעיות רפואיות שונות

. 
פרופ' ריינר גילתה בעבר את הקשר בין LIS1 לבין תסמונת המוח החלק. במחקר החדש הצליחה, יחד עם חברי קבוצת המחקר שלה, לגלות את תפקיד הגן ואת הסיבה לכך שחסרונו, או ריבוי עותקים שלו, משפיע על המוח המתפתח. מתברר ש-LIS1 ממלא תפקיד חשוב בקביעת הקוטביות בתא - כלומר האופן בו מסודרים האברונים השונים בתוך התא, והאזורים בהם מייצר התא מולקולות שמתפקדות כאתרי תקשורת עם תאים סמוכים. נוירונים משנים את קוטביותם כמה פעמים בתהליך התפתחות העובר. הקוטביות משתנה, למשל, כאשר תא גזע מתחלק באופן לא סימטרי, כך שנוצרים תא גזע, ותא-בת נוסף שמתחיל להתמיין לתא עצב. קוטביות ממלאת תפקיד גם בהגירה של תאי עצב צעירים מאיזור אחד לאיזור אחר במוח העוברי.

אחד הממצאים האחרונים בחקר גנום האדם מראה שגנים רבים - מספרם מוערך בכ-3,000 - עשויים להופיע אצל אנשים  שונים בכמויות עותקים משתנות. לכמות הנורמלית של שני עותקים - אחד שמקורו באם ואחד שמקורו באב - עשוי להצטרף עותק נוסף. במקרה נפוץ אחר, אחד משני העותקים חסר. אמנם, מרבית הגנים אינם רגישים לשינוי במספר העותקים, כך שעודף או חוסר של עותק גנטי אינו גורם כל נזק, אבל במקרים מסוימים, כמות לא תקינה שלהם עלולה לגרום למחלות.

ד"ר תמר ספיר וטליה לוי, מקבוצת המחקר של פרופ' ריינר, פיתחו עכברי מודל שבמוחם נוצרת כמות עודפת של החלבון LIS1 (כתוצאה מהכפלה של גן יחיד). כך התברר, שמוח המייצר כמות גדולה ועודפת של LIS1 הוא קטן מהרגיל. בבדיקה עמוקה יותר התברר, שלגרעיני התאים באיזור ההתרבות הייתה נטייה לנוע מהר יותר מגרעינים רגילים - דבר שעשוי להצביע על בעיות במחזור התא של תאי הגזע העובריים במוח. בנוסף, תנועתם הייתה מבוקרת פחות. נדידתם של תאי העצב לאיזור החיצוני של קליפת המוח הייתה איטית יותר, ותאים רבים יותר מתו במהלכה, דבר שאולי מסביר את הירידה בגודל המוח. ממצא נוסף הראה, שעלייה ברמת החלבון LIS1 גרמה לאי-סדר גדול יותר של גורמים שונים בתא.

האם תוצאות המחקר בעכברים תקפות גם בבני-אדם? כדי לענות על השאלה הזאת שיתפו מדעני המכון פעולה עם פרופ' ג'ים לופסקי וד"ר ויימין בי מהקולג' לרפואה על-שם ביילור ביוסטון, טקסס. יחד הם בדקו דגימות דם באמצעות שיטה שמשווה די-אן-אי של בני-אדם חולים לזה של אנשים בריאים. כך אותרו שבעה בני-אדם שסובלים מבעיות שונות בהתפתחות, ובכולם התגלה ריבוי עותקים של LIS1 או של אחד הגנים הסמוכים אליו, שגם הם ממלאים תפקיד בהתפתחות המוח. ממצאי המחקר, שפורסמו באחרונה בכתב העת Nature Genetics, מראים את ההשפעה של הכפלת גן יחיד בעכברי מודל, וקושרים אותה למחלה חדשה, המתחוללת בבני-אדם כתוצאה משונות גנטיים.

פרופ' ריינר: "שונות במספר העותקים של גנים נפוצה בהרבה ממוטציות, ומחקרנו מראה כי די בהכפלת מספר העותקים של גן יחיד כדי לגרום למחלה. מחקרים מראים, כי מחלות כמו סכיזופרניה, אפילפסיה ואוטיזם קשורות לשונות במספר העותקים של גנים מסוימים. ייתכן כי הסיבה לכך היא שהעותקים העודפים, או החסרים, משפיעים על תהליכים בסיסיים במוח, כמו נדידת תאי העצב".

 

 

המכס ומשטרת הגבולות הם אמצעים המאפשרים למדינות לפקח על תנועות של בני-אדם, בעלי-חיים וסחורות. הפיקוח הזה חיוני למארג החיים ולכלכלה התקינה של המדינה. בדומה לכך, כדי להבטיח פעולה תקינה של אורגניזם, פועלות בתאים חיים מערכות של "ביקורת גבולות" - קרומים אשר מקיפים את התא כולו ואת האברונים השונים שלו ומגינים עליהם מפני חומרים מזיקים. כך, למשל, גרעין התא המכיל את המטען הגנטי של התא מוקף על-ידי קרום כפול המגן עליו ועל מטענו. קרום זה מווסת את זרימתן של מולקולות מסוימות מגוף התא אל תוך הגרעין ולהיפך. באופן זה, למשל, מבוקרת הפעלת גנים בגרעין, המובילה ליצירתם של החלבונים הנדרשים לתא בזמן המתאים ובכמויות  הנחוצות. לצורך זה מצויים בקרום הגרעין "מעברי גבול", שהשליטה בהם מאפשרת לתא למנוע הפעלה לא נכונה של הדי-אן-אי, אשר עלולה להוביל ליצירה של חלבונים פגומים, לא נחוצים ואף מזיקים.

המולקולות שהן בעלות "תעודת מעבר" מתאימה יכולות להיכנס לגרעין כדי לבצע בו פעולות "לגיטימיות" שונות. "תעודת המעבר" הזו היא, למעשה, מעין "צופן מיקום" - רצף של חומצות אמיניות הממוקם באיזור מסוים של המולקולה. "חלבוני תובלה" מיוחדים, הקרויים "אימפורטינים", מזהים את הצופן הזה, נקשרים אליו, ומעבירים את המולקולות האלה לתוך גרעין התא.

עד כאן הכל נראה מאורגן היטב. אלא שבאחרונה התברר, שמולקולות מסוימות  שאינן נושאות את "תעודת המעבר" המתאימה מצליחות בכל זאת לעבור את "שער הבידוק" ולהיכנס אל תוך הגרעין. במאמר שפורסם באחרונה בכתב-העת המדעי Molecular Cell מתארים מדעני מכון ויצמן למדע מנגנון אשר אחראי לחדירתן של חלק מהמולקולות האלה אל הגרעין. ממצאים אלה, פרי מחקרם של פרופ' רוני זגר, תלמידת המחקר דנה חודרלנד והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר אלכסנדר קונסון, מהמחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע, עשויים להוביל לפיתוח שיטות לטיפולים רפואיים חדשים.

 

המדענים התמקדו בחלבונים המעבירים אותות, הקרויים ERKs. חלבונים אלה פועלים בעיקר בתוך הגרעין, שם הם מעורבים בין היתר בבקרת ביטוי גנים (המובילים ליצירת חלבונים ספציפיים), בהתרבות תאים ובהתמיינותם. תוך שימוש בטכניקות מחקר שונות, לרבות שיטות ביואינפורמטיות, גילו המדענים שחלבונים אלה בכל זאת נושאים "קוד מיקום" ייחודי בעל רצף שונה מהרצף המוכר. למעשה, התברר שכניסתן של מולקולות אלה לגרעין מבוקרת בקפדנות רבה יותר בהשוואה לתהליכי הבקרה על תנועת  מולקולות אחרות. כך, חלבוני ה-ERK "אוחזים" ב"תעודת המעבר" שלהם כשהם עצמם מעוגנים לחלבונים אחרים בחלל התוך-תאי, אשר משחררים אותם רק כשמתקבל אות המגיע מחוץ לתא (כגון גורם גדילה או הורמון). כשחלבון כזה נקרא למסע שבמסגרתו עליו לחצות את גבולות הגרעין, "תעודת המעבר" שלו חייבת לקבל חותמת של קבוצת זרחן (הוספת קבוצת זרחן לחלבון, או הפחתתה, מובילה לשינוי במבנה או במטען החשמלי שלו, דבר שמשנה את פעילותו או את האינטראקציות שלו עם חלבונים אחרים, ולכן משמש מנגנון בקרה חשוב על מיקום החלבון ופעילותו בתא). רק לאחר שהחלבון קיבל את "חותמת המעבר" הוא יכול לקשור סוג מסוים של חלבון הובלה, אשר מסייע לו להתמקם בגרעין ולבצע את תפקידו.

המדענים הסירו - בטכניקות של הנדסה גנטית - את קוד הכניסה, ובכך מנעו את הוספת קבוצות הזרחן. כתוצאה מכך לא הובלו החלבונים האלה לתוך הגרעין, דבר שבלם את התרבותם של התאים. ERK הוא לא החלבון היחידי המשתמש במנגנון זה. באמצעים ביואינפורמטיים מצאו המדענים, שכ-40 חלבונים יכולים להיכנס לגרעין התא בעזרת הרצף החדש (זאת, בתגובה להגעתו של אות מתאים מחוץ לתא).

פרופ' זגר אומר, שלממצאים אלה עשויה להיות חשיבות רבה בפיתוח שיטות טיפול חדשות: הפעלה שגויה של חלבוני ERK, הממלאים תפקיד חשוב בתהליכי ההתרבות של תאים, היא גורם מוכר להתפתחות גידולים סרטניים. פיתוח תרופה שתחסום באופן סלקטיבי את רצף קוד הכניסה עשוי להפריע להובלת החלבון לתוך הגרעין, ולמנוע את התרבות התאים. התערבות בררנית כזו תוביל לטיפול יעיל יותר בסרטן עם פחות תופעות לוואי.  

 

פירוק יכול להיות פעולה בונה, לפעמים. כשמדובר בכימיה, פירוק נכון של מולקולה אחת עשוי ליצור תוצרים רצויים ובעלי ערך כלכלי רב. לצד שיטות מסורתיות ושגרתיות לביצוע תגובות כימיות מנסים מדענים רבים, במקומות שונים בעולם, להשתמש בקרני לייזר כדי לפרק באופן בררני קשרים בין האטומים במולקולה מסוימת מבלי לפגוע בקשרים כימיים אחרים. מדובר בפיתוח מעין "איזמל" של אור, המופעל בהבזקים קצרים. סידרה של הבזקים כאלה יכולה לעורר מולקולה, או חלק ממנה, ולעצב את צורתה בעת שהיא חוזרת בהדרגה למצבה הבלתי-מעורר. התהליך הזה הודגם בעבר, אם כי ביעילות נמוכה יחסית. מאז מתבצעים מחקרים רבים במטרה לשפר את יעילות התהליך.

מדענים באוניברסיטת פרינסטון יישמו שיטה שבה הלייזר "לומד" ומבצע מעין "ברירה טבעית" בין סדרות אקראיות של הבזקים, כך שהסדרות שהשיגו יעילות רבה יותר שורדות וממשיכות לשלב הבא, שבו הן מתחרות שוב על מקומן. האלגוריתמים הממוחשבים שמבצעים את החישובים של "הברירה הטבעית" הזאת קרויים אלגוריתמים אבולוציוניים.

המשתנים העיקריים הנבחנים בתהליך הברירה הזה הם זמן ותדר של קרן הלייזר, המקיימים ביניהם מעין מערכת יחסים של בני זוג המשלימים זה את זה. פרופ' דוד טנור, מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, אומר שמערכת היחסים המתמטיים בין זמן ותדר של קרן הלייזר דומה למערכת היחסים המתמטיים בין בני זוג אחרים בתורת הקוונטים: מקום ותנע. "הדמיון הזה", הוא אומר, "העלה את האפשרות ליצור מעין סריג במרחב שבכל אחד מצמתיו מצוי  'פעמון גאוס'" (מיקום הצמתים ייצור מבנה או בסיס שלם, אם כי סופי). כל אחד מ"פעמוני גאוס" שבסריג ייצג את התכונות של הבזק לייזר אחד, וכולם יחד ייצגו את המאפיינים של סדרת הבזקים שאפשר לתארה כמעין "מפתח של אור" ייחודי המתאים אך ורק לשבירתו של קשר כימי מוגדר, ואינו פוגע בקשרים האחרים.

 

שתי קבוצות של מדענים בגרמניה מבצעות ניסויים על בסיס העבודות התיאורטיות של פרופ' טנור: פרופ' גוסטב גרבר מאוניברסיטת וורצברג ופרופ' טוביאס בריקסנר מאותה אוניברסיטה. גרבר ובריקסנר (אז כתלמיד מחקר בקבוצתו של גרבר) הדגימו לראשונה שימוש ב"לייזר לומד" לפירוק מעשי של מולקולות. פרופ' טנור אומר, שהיכולת לבחון בדייקנות את תכונותיו של כל אחד מההבזקים שמרכיבים את "מפתח האור" עשויה לסייע בעיצוב "מפתחות" יעילים במיוחד שיוכלו לשמש כלים רבי-עוצמה בתעשייה כימית עתידית.

 

 

קרן לייזר נוצרת כאשר אטומים מעוררים (באמצעות קרינת אור או באמצעות זרם חשמלי), וכתוצאה מכך עוברים לרמת אנרגיה גבוהה יותר, ואז "נופלים בחזרה" תוך שהם פולטים את האנרגיה שנאגרה בהם בתהליך העירור, בצורת פוטונים, שהם חלקיקי אור. האור הבוקע מאטומי החומר המעוררים מתאפיין בשתי תכונות בולטות. התכונה הראשונה היא אורך גל הנקבע על ידי תכונותיו הפיסיקליות של האטום הפולט (כל חומר פולט גלי אור בטווח ייחודי משלו). התכונה הנוספת מתבטאת בעובדה שגלי האור הנפלטים בדרך זו הם מקבילים זה לזה. כך נוצרת קרן לייזר העשויה לשמש למטרות תעשייתיות ורפואיות.