שלומי קוטלר מהאוניברסיטה העברית בירושלים הצליח להראות שזירה קוונטית של מערכות גדולות, וזכה בתואר היוקרתי של כתב העת Physics World
בפעם הראשונה נבחר מחקר של מדען ישראלי לפריצת הדרך של השנה בפיזיקה, בדירוג היוקרתי של כתב העת הבריטי Physics World. במחקר שהתפרסם לפני כשבעה חודשים הראה לראשונה ד"ר שלומי קוטלר, מהמחלקה לפיזיקה יישומית באוניברסיטה העברית בירושלים, כי אפשר לבצע שזירה קוונטית בין מערכות גדולות. "גם אני וגם העמיתים שלי הופתענו מאוד מהבחירה בעבודה שלנו וזה מאוד מאוד מחמיא", אמר קוטלר לאתר מכון דוידסון. "זה שם את ההישג שלנו באותה שורה עם הגילוי של גלי הכבידה, הנחתת גשושית על שביט, גילוי בוזון היגס, ועוד מחקרים מהשורה הראשונה של הפיזיקה בעשורים האחרונים, שנבחרו לפרס הזה. זה כבוד גדול עבורי".
המחקר מקרב אותנו לשזירת עצמים גדולים ומציע גם יישומים מעשיים. ד"ר שלומי קוטלר | צילום: ברונו שרביט
שזירה קוונטית (entanglement) היא מצב שבו שני עצמים מקושרים ביניהם, כך שהתכונות או המצב של שניהם מסונכרנים, והם נשארים מסונכרנים גם כשמפרידים ביניהם. אפשר לדמות את זה לשני רקדנים שמבצעים את אותו ריקוד בדיוק. גם אם נשלח אחד לניו יורק והאחר יישאר בפתח תקווה, הריקוד שלהם יישאר מתואם: אם נתבונן ברקדן בפתח תקווה, נוכל לדעת בדיוק מה הרקדן בניו יורק עושה באותו זמן.
עד כה הצליחו מדענים לשזור קוונטית רק עצמים קטנים מאוד: אטומים, חלקיקים תת-אטומיים כמו אלקטרונים, או לכל היותר מולקולות קטנות. במאמר שהתפרסם בכתב העת Science דיווחו קוטלר ועמיתיו כי הצליחו לשזור את קצב הרטט של שתי יריעות אלומיניום המזכירות תוף, כל אחת מהן בקוטר של עד 20 מיקרון, כלומר 0.02 מילימטר. "זה אומנם נשמע קטן, אבל במונחים קוונטיים מדובר במערכת גדולה מאוד", אמר קוטלר. "בדרך כלל מדברים על שזירה של מולקולות עם כמה עשרות אטומים לכל היותר. בכל תוף כזה יש בערך טריליון אטומים".
מערכת הניסוי: שני התופים (בתחתית התמונה) מקבלים את גלי המיקרו דרך המתקן הספירלי | צילום: פלורנט לקוק / שלומי קוטלר / NIST
מחלום למציאות
המחקר של קוטלר ועמיתיו נבחר מבין עשר פריצות הדרך של השנה שנכנסו לרשימה הסופית של כתב העת. הרשימה כוללת בין השאר את מדידת השדה המגנטי של חור שחור, התקדמות לקראת היתוך גרעיני מבוקר, תרגום מחשבות של אדם משותק לדיבור, וגם מחקר ישראלי נוסף בהובלת פרופ' מרדכי (מוטי) שגב מהטכניון, שבו הצליחו החוקרים לאחד שלושים אלומות לייזר לקרן אחת.
קוטלר, שעשה את המחקר במסגרת השתלמות פוסט-דוקטורט במכון האמריקאי לתקנים וטכנולוגיות (NIST) בקולורדו, יחלוק את הפרס עם צוות חוקרים מפינלנד ומארצות הברית, שהגיע לתוצאה דומה בשיטה שונה מעט. "ההצלחה לבצע שזירה קוונטית של מערכות מַקרוסקופיות מסייעת לנו להבין טוב יותר את החלוקה בין מערכות קוונטיות לבין מערכות קלאסיות", כתבו עורכי כתב העת בנימוקים לבחירה. "מערכות שזורות כאלה יוכלו לשמש בסיס לחיישנים קוונטיים ולמערכות תקשורת קוונטיות".
"כשהתחלנו את המחקר, האפשרות לראות שזירה קוונטית של שני תופים מכניים נראתה כחלום תעתועים", מספר קוטלר. "עמיתים שאלו אותנו, 'גם אם תצליחו, איך תוכלו לראות את זה בצורה ברורה?'. ואכן, הרבה מההשקעה בתכנון הניסויים ובביצועם נגע ליכולת לראות שזירה באופן ישיר. זה עבד בסופו של דבר, והיה מרגש. אני חושב שעכשיו זה יהפוך לסטנדרט בתחום. מה שלפני כמה שנים נחשב על גבול הבלתי סביר, יהפוך בשנים הקרובות לכלי עבודה סטנדרטי בארגז הכלים של פיזיקאים קוונטיים".
קוטלר, שכאמור הצטרף לאחרונה למחלקה לפיזיקה יישומית באוניברסיטה העברית וכן למרכז הקוונטי ולמרכז הננו באוניברסיטה, שוקד כעת על הקמת המעבדה בירושלים ועל קליטת סטודנטים. "יש לנו כמה רעיונות ליישומים אפשריים לטכנולוגיה הזאת, אבל את רוב האנרגיות כרגע אני משקיע בלהעביר את הידע לישראל ולבסס אותו כאן".
