חומרים וטכנולוגיות קוונטיים

איך עולם הקוונטום יכול לשנות את האנושות?
כיום, כמאה שנים לאחר גילוי עולם הקוונטים, מסתבר שטכנולוגיה המבוססת על טכנולוגיה קוונטית עדיפה על הטכנולוגיות אותן אנו מכירים מחיי היומיום לפחות בשלושה נושאים: (1) חיישנים מדוייקים; (2) תקשורת יעילה ומאובטחת; (3) מחשבים שיכולים לבצע פעילות חישוב שלא ניתן לבצע אחרת.

 

איך נראה עולם ללא קוונטום? בחיי היומיום, אנו מורגלים בכך שהעקרונות הפיזיקליים מאפשרים לנו להבין ולחזות התרחשויות ברמת ודאות מוחלטת. למשל, אם אנחנו מעוניינים לחשב את זמן הנסיעה של רכבת הנוסעת בין ירושלים לתל אביב, כל שנצטרך לדעת הוא את המרחק בין שתי הערים ואת מהירות נסיעת הרכבת ונקבל את התשובה הרצויה בנקל. באופן דומה, כאשר אנו לוחצים על כפתור המצלמה בעת צילום תמונת סלפי, אנחנו יודעים שהתמונה תכלול את כל מה שמוצב מול העדשה. שוב, בוודאות מוחלטת.

מה זה קוונטום? תורת הקוונטים הוצגה לעולם לפני כמאה שנה, והיא פתחה בפנינו עולם חדש, שלא נתפס קודם לכן בחושים שלנו. בעולם הקוונטום, הרכבת לא תגיע מתל אביב לירושלים בשעה מסויימת באופן ודאי. אם הרכבת הייתה גוף קוונטי, היא הייתה מגיעה בהסתברות מסויימת לאחר חצי שעה, בהסתברות  מסויימת לאחר עשרים דקות ובהסתברות מסויימת לאחר שעה. בניגוד למה שאנו רגילים אליו מחיי היומיום, בעולם הקוונטום, כל ההסתברויות מתקיימות בו זמנית. כלומר, אותה הנסיעה מתמשכת גם עשרים דקות, גם חצי שעה וגם שעה, בו זמנית. באופן דומה, אם נבצע צילום עצמי באופן קוונטי, תמונת הסלפי גם תכלול אותנו וגם לא תכלול אותנו בו זמנית.

איך עולם הקוונטום יכול לשנות את האנושות? כיום, כמאה שנים לאחר גילוי עולם הקוונטים, מסתבר שטכנולוגיה המבוססת על טכנולוגיה קוונטית עדיפה על הטכנולוגיות אותן אנו מכירים מחיי היומיום לפחות בשלושה נושאים: (1) חיישנים מדוייקים; (2) תקשורת יעילה ומאובטחת; (3) מחשבים שיכולים לבצע פעילות חישוב שלא ניתן לבצע אחרת.

למה אנחנו לא מרגישים את הקוונטום בחיי היומיום? עם פיתוח תורת הקוונטים, הייתה הכרה שעולם הקוונטום מתחיל לבוא לידי ביטוי רק במרחקים מאוד קטנים. למשל, במרחק שבו האלקטרון נע מסביב לגרעין של אטום בודד שהוא כמיליונית מעובייה של שערה של בן אדם, כלומר קטן מאוד. מכיוון שאברי החישה שלנו (אצבעות, עיניים, אוזניים, לשון ונחיריים) הם בגודל של כסנטימטר, כלומר הרבה יותר גדולים מאטום בודד, קל להבין מדוע איננו רגישים לתופעות קוונטיות.

אז מה בעצם אנחנו מחפשים? המחקר במעבדות הפקולטה כולל פיתוח, ייצור ואפיון חומרים ששומרים על ההתנהגות הקוונטית גם כשהחומר הוא גדול בהרבה מאטום בודד. בנוסף, אנחנו מפתחים טכנולוגיות חדשניות שמבוססות על חומרים אלו עבור חישה קוונטית, תקשורת קוונטית ומחשוב קוונטי.

ד"ר יכין עברי

ד"ר אלעד קורן