הגילוי שעשוי לקדם את פיתוח מחשבי העתיד: חוקרים פיתחו התקן המאפשר שמירה ועיבוד של מידע קוונטי באופן יעיל יותר מהתקנים קיימים

10/09/2014

Image courtesy of [digitalart] at FreeDigitalPhotos.net

חוקרים מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב ואוניברסיטת סארי באנגליה תכננו התקן חדש המאפשר שמירה ועיבוד של מידע קוונטי באופן יעיל בהרבה מהתקנים קיימים. ההתקן משלב חלקיקי מיורנה (חלקיקים חסרי מטען שהם האנטי-חלקיקים של עצמם) שהתגלו לאחרונה, ותכונותיהם הייחודיות מעוררות עניין רב בקרב פיזיקאים, התקן שכזה יוכל לשפר משמעותית מחשב קוונטי עתידני. מסקנותיהם פורסמו היום בכתב העת היוקרתי
Nature Communications.

מחשוב קוונטי משתמש בחוקי המכניקה הקוונטית על מנת לבצע חישובים מסובכים באופן מקבילי, עם כוח חישוב גדול בהרבה ממחשבים קיימים. עם זאת, הפיתוח של מחשבים קוונטיים נמצא עדיין בחיתוליו כיוון שחוקרים נאבקים למצוא דרך יעילה להגדיל את כוח החישוב של מערכות אלה, שנמדד בקיוביטים, יחידות המידע הקוונטי הבסיסיות.

שיטות קודמות שהוצעו למצוא חלקיקי מיורנה הן מאוד מבטיחות אך טרם נמצאה דרך ברורה וחד משמעית לגלות את קיומם בניסוי. כאמור, הבנת חלקיקים אלו וניצולם בצורה נכונה יכול להשפיע על המחקר הקיים בצורה משמעותית. כעת, ד"ר ערן גינוסר מאוניברסיטת סארי באנגליה וד"ר איתן גרוספלד מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, גילו דרך להשתמש בתכונות של חלקיקי מיורנה, כך שמתאפשרת שליטה מלאה על עוצמת הצימוד של הקיוביט לאור. שליטה זו מאפשרת לא רק עיבוד יעיל יותר של מידע קוונטי, אלא גם חושפת התנהגות ייחודית ומרתקת של חלקיקי המיורנה בנוכחות אור.

על מנת לוודא את קיומם של חלקיקי מיורנה, מציעים החוקרים להשתמש בפוטונים (חלקיקי האור) ומעגלים מוליכי-על על מנת למדוד ננו-חוטים מוליכים למחצה, שבהם חלקיקי מיורנה אמורים להתקיים תחת תנאים מבוקרים מסוימים. אם החלקיקים קיימים, הם יתגלו על ידי תבנית מסוימת במדידה ספקטרוסקופית (מדידת תדרי אור) של ההתקן.

המסקנה המרכזית של החוקרים היא ששילוב חלקיקי מיורנה בתוך נאנו-מעגלים קוונטיים עשויה להוביל ליצירת דור חדש של קיוביטים משופרים עבור המחשבים הקוונטיים של העתיד.

"יצוין, כי המחשב הקוונטי החזק ביותר הקיים כעת הוא בעל כוח חישוב של שמונה קיוביטים. כאשר חלקיקי מיורנה יתגלו, החוקרים מאמינים שאפשר יהיה להשתמש בהם לייצור קיוביטים טופולוגיים, ובכך לפרוץ את המגבלות הקיימות על בניית מחשב קוונטי עם קיוביטים רבים. מחשב קוונטי מסוגל לשבור את כל מנגונני ההצפנה הקיימים, לפתור בעיות מתמטיות סבוכות ולאפשר סימולציה של חומרים מתקדמים. בניית מחשב קוונטי היא אחת המטרות המרכזיות של המחקר העכשווי בפיזיקה של תורת הקוונטים" אומר ד"ר גרוספלד.

שיתוף הפעולה בין החוקרים נתמך על ידי מענק בינלאומי יוקרתי
של החברה המלכותית הבריטית.