החוקרים "כתבו" את מצבם הקוונטי של פוטונים פרטניים בתוך אטום רובידיום וקראו את המצב שוב לאחר זמן אחסון מסוים
| מחשב קוונטי. איור: יבמ |
מדענים מגרמניה הצליחו לאחסן מידע קוונטי בתוך אטום יחיד. החוקרים "כתבו" את מצבם הקוונטי של פוטונים פרטניים בתוך אטום רובידיום וקראו את המצב שוב לאחר זמן אחסון מסוים. שיטה זו תוכל, בעיקרון, לשמש בפיתוח מחשבים קוונטיים עוצמתיים ובהקמת רשת שלהם שתוכל להעביר מידע ונתונים למרחק ניכר.
מחשבים קוונטיים יוכלו, יום אחד, להתמודד עם משימות מחשוב שנמשכות היום מספר שנים, תוך שימוש במחשבים הקיימים. מחשבים אלו יקבלו את עוצמת החישוב הכבירה שלהם מתוך היכולת לעבד בו-זמנית מגוון פרטי מידע המאוחסנים במצב הקוונטי של מערכות פיסיקליות מיקרוסקופיות, כגון אטומים או פוטונים יחידים. על מנת שיוכלו לפעול, מחשבים קוונטיים אלו יצטרכו להעביר את פיסות המידע הללו בין הרכיבים הנפרדים שלהם. פוטונים מתאימים במיוחד למטרה זו, מאחר ואין צורך להעביר דרכם כל חומר. חלקיקי חומר ישמשו, מאידך, לאחסון המידע ועיבודו. לאור זאת, חוקרים תרים אחר שיטות שבעזרתן ניתן יהיה להעביר מידע קוונטי בין פוטונים לבין חומר. למרות שהדבר כבר התבצע באמצעות שימוש באוספים של אלפי אטומים, פיסיקאים ממכון מקס פלנק בגרמניה הוכיחו עתה כי ניתן להעביר מידע קוונטי בין אטומים יחידים לבין פוטונים באופן מבוקר.
לשימוש באטום יחיד כביחידת אחסון יש מספר יתרונות – כאשר החשוב בהם הוא המזעור הקיצוני ביותר האפשרי –אטום יחיד. ניתן לעבד את המידע המאוחסן באמצעות ביצוע שינויים ישירים באטום, תכונה חשובה במיוחד לשם ההוצאה לפועל של פעולות לוגיות במחשבים קוונטיים. "בנוסף, השיטה שלנו מאפשרת לבדוק האם המידע הקוונטי שאוחסן בפוטון אכן "נכתב" בהצלחה באטום מבלי להרוס את המצב הקוונטי," מסביר אחד מהחוקרים. לפיכך, ניתן לוודא בכל שלב מוקדם האם חייבים לחזור על שלב עיבוד המידע בשל שגיאת אחסון, אם לאו.
העובדה כי אף אחד לא הצליח עד לאחרונה להעביר מידע קוונטי בין פוטונים לבין אטומים יחידים נעוצה בכך שיחסי הגומלין שבין חלקיקי אור לבין אטומים חלשים מאוד והם כמעט ולא "חשים" אחד את השני. החוקרים הגרמניים הצליחו להתגבר על מהמורה זו באמצעות טכסיס מתוחכם. הם מיקמו אטום רובידיום בין המראות של מָהוֹד אופטי (optical resonator) ואז השתמשו בפעימות לייזר חלשות מאוד על-מנת להחדיר פוטונים פרטניים לתוככי המהוד. המראות של המהוד החזירו את הפוטונים הלוך ושוב מספר פעמים, פעולה שהגבירה משמעותית את יחסי הגומלין שבין הפוטונים לאטום.
הפוטונים הכילו את המידע הקוונטי באופן הקיטוב שלהם. קיטוב זה יכול להיות שמאלי (כיוון הסיבוב של שדה חשמלי הוא כנגד כיוון השעון) או ימני (בכיוון השעון). המצב הקוונטי של הפוטון יכול להכיל את שני מצבי הקיטוב בו-זמנית, מצב המכונה "רִכּוּב-מַצָּבִים" (superposition state).
הפיסיקאים מדדו את זמן האחסון, קרי, הזמן שניתן לשמר את המידע הקוונטי ברובידיום ומצאו כי הוא בערך 180 מיקרושניות. "ערך זה דומה לזמני האחסון של התקני זיכרון קוונטי קודמים שהתבססו על אוספים של אטומים," מציין החוקר. יחד עם זאת, יש צורך בזמן אחסון ארוך יותר באופן משמעותי על-מנת שהשיטה תוכל לשמש במחשב קוונטי או ברשת קוונטית.
