רואים את האור

בלב המערכת שפיתחו המדענים מצוי אטום אשר יכול להימצא באחד משני מצבים, ובהתאם לכך מעביר פוטונים ימינה או שמאלה – לפי הוראה שקיבל מהפוטון הקודם. במצב אחד הוא מזרים את הפוטונים המגיעים מימין – שמאלה; כאשר פוטון מגיע משמאל, הדבר גורם להחזרתו באותו כיוון, ולהיפוך מצבו של האטום. במצב ההפוך מוזרמים פוטונים המגיעים משמאל ימינה, ופוטון המגיע מימין מוחזר, והופך בחזרה את מצבו של האטום. כך 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 באחרונה בכתב- העת המדעי Science, התאפשר בזכות שילוב של שתי טכנולוגיות חדשניות. האחת מאפשרת ללכוד ולקבע אטומים בתוך תא ריק באמצעות קרני לייזר ושדות מגנטיים למשך פרק זמן ארוך דָיו כדי לקיים מפגש עם זרם הפוטונים. טכנולוגיה נוספת אחראית להביא את הפוטונים למפגש. 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 למהודים הטובים בעולם כיום, והם מאפשרים את האינטראקציה המבוקרת היטב בין הפוטונים לבין האטום. ד"ר דיין היה שותף למאמץ לשלב 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.

 

"הדרך לבנייתו של מחשב קוונטי עדיין ארוכה", אומר ד"ר דיין, "אך המערכת שיצרנו ממחישה עקרונות בסיסיים שעשויים להיות ישימים בארכיטקטורות עתידיות של מחשב כזה. העקרונות שהדגמנו בהתקן הזה, שבו אטום בודד מתפקד כטרנזיסטור – או כמתג מתחלף – לפוטונים, יכולים להוות בסיס לבניית רשתות קוונטיות עתידיות שבהן יהיו הרבה התקנים פאסיביים המתַקשרים 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".