שבב פוטוני לפיתוח מעבדים קוונטיים

ממצאי מחקר זה מהווים צעד חשוב קדימה במרוץ לפיתוח מחשב קוונטי

שבב אופטי רב-שימושי אשר מסוגל ליצור, לשנות ולמדוד תופעות קוונטיות ההכרחיות לבנייתם של מחשבים קוונטיים עתידיים פותח ע"י חוקרים מאוניברסיטת בריסטול. ממצאי מחקר זה מהווים צעד חשוב קדימה במרוץ לפיתוח מחשב קוונטי.

התכונה הבסיסית המאפשרת פיתוחו של מחשב קוונטי הינה שזירה קוונטית (Quantum Entanglement) – הקשר שבין שני חלקיקים מרוחקים אשר אינשטיין כינה "פעולה מוזרה ממרחק". החוקרים מאוניברסיטת בריסטול הראו, לראשונה אי-פעם, כי ניתן לייצר, לשנות ולמדוד במלואה את התופעה המופלאה הזו באמצעות שבב סיליקון זעיר. החוקרים השתמשו בשבב גם עבור מדידת התופעה המכונה "ערבוב" (mixture) – השפעה בלתי-רצויה שמקורה בסביבה המתרחשת לעתים קרובות, אך כזו שניתן כעת לשלוט בה ולנצלה לטובת אפיון מעגלים קוונטיים, וכן כתחום מחקר בסיסי לפיסיקאים.

"בכדי לבנות מחשב קוונטי, לא רק שאנו צריכים את היכולת לשלוט בתופעות מורכבות כגון שזירה וערבוב, אלא שאנו צריכים גם את היכולת לעשות זאת ע"ג שבב בתוכו נוכל לשכפל הרבה מעגלים זעירים שכאלו – במידה רבה באופן דומה למחשבים מודרניים הקיימים היום בשוק," אומר פרופסור Jeremy O'Brien, מנהל המרכז לפוטוניקה קוונטית. "ההתקן שלנו מאפשר זאת ואנו מאמינים כי הוא מהווה צעד חשוב קדימה לעבר הפיתוח של מחשוב קוונטי אופטי."

גודלו של השבב, המבצע מספר ניסויים שבאופן רגיל היו נעשים כל אחד בנפרד ע"ג התקן אופטי בגודל של שולחן, הוא 70 על 30 מ"מ. הוא מורכב מרשת של תעלות זעירות אשר מכווינות, מנתבות ומגיבות עם פוטונים יחידים – חלקיקי האור. תוך שימוש בשמונה אלקטרודות הניתנות לסידור-מחדש המוטמעות במעגלים עצמם, ניתן לנתב ולשזור זוגות פוטונים לקבלת כל מצב שזור אפשרי עבור שני פוטונים או כל מצב מעורבב אפשרי עבור פוטון יחיד.

"המצב אינו מיטבי אם המחשב הקוונטי שלך מסוגל לבצע משימה מוגדרת אחת בלבד," מציין אחד מהחוקרים, שהיה שותף לממצאי המחקר שפורסמו בכתב-העת המדעיNature Photonic . "אנו נעדיף לפתח התקן הניתן לסידור-מחדש ואשר מסוגל לבצע מגוון נרחב של משימות, באופן הדומה לשולחן העבודה הפועל היום במחשבים האישיים שלנו – יכולת זו של סידור-מחדש היא מה שהדגמנו כעת. התקן זה מורכב פי עשרה יותר מאשר ניסויים קודמים שנערכו באמצעות טכנולוגיה זו. הוא מרתק מאחר ואנו מסוגלים לערוך באמצעותו ניסויים שונים באופן ישיר תוך שימוש בשבב יחיד."

החוקרים, אשר עוסקים בפיתוח שבבים פוטונים קוונטיים במהלך שש השנים האחרונות, עובדים כעת על התאמת מורכבות ההתקן לרמה מסחרית, ובוחנים את יכולתה של טכנולוגיה זו לשמש כאבן הבניין למחשבים קוונטיים של העתיד.

הידיעה על המחקר