מגזין הטכניון | סתיו 2022

פיזיקה קוונטית 16 מציג דרך חדשה לתכנון Optica תב העת מערכת אופטית לקבלת שזירה פוטונית רצויה, זאת בעקבות שיתוף פעולה בין חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת תל אביב. הפיתוח רלוונטי ליישומים שונים ובהם תקשורת קוונטית, המספקת חסינות בפני ציתות. שזירה קוונטית היא תופעה שבה המצבים הקוונטיים של שני עצמים או יותר אינם אפשריים לתיאור כמצבים בלתי תלויים של כל אחד מהעצמים אלא רק זה ביחס לזה; כלומר, ברגע שנערכת מדידה על אחד העצמים השזורים היא משתקפת באופן מיידי בעצם השני, אפילו כשהעצמים רחוקים זה מזה מרחק רב. דוגמה לכך היא שתי אלומות אור, שבכל אחת מהן פוטון בודד, אחד מהם בצבע ירוק והשני בצבע אדום. איננו יודעים מהו הצבע בכל אלומה, אולם אם נערוך מדידה ונגלה שבאלומה הראשונה הצבע אדום, נדע שבאלומה השנייה הצבע ירוק. כיצד אפשר לייצר אלומות אור של פוטונים בודדים או פוטונים שזורים? אחת השיטות הנפוצות היא תהליך בשם “המרה ספונטנית פרמטרית לתדרים נמוכים” SPDC . כדי לרתום את תהליך SPDC ובאנגלית ליישומי תקשורת קוונטית, למשל, יש ליצור תנאים שיובילו להיווצרות אותם צמדי פוטונים ייחודיים - פוטון אחד ירוק ואחד אדום, או אחד טבעתי ואחד בצורת רגיל נוצרים המון SPDC עיגול. הבעיה היא שבתהליך זוגות פוטונים שרובם אינם מקיימים את התכונות הרצויות האלה, והיכולת “להנדס” את התהליך כדי לאפשר יצירת פוטונים בעלי התכונות המרחביות הרצויות מוגבלת ביותר. חוקרים מהטכניון ואוניברסיטת תל אביב מציגים פתרון חדש ומקורי לבעיה זו, המבוסס על כלים של למידה , כתב Optica חישובית, במאמר שפורסם לאחרונה ב- כ העת של האגודה האופטית. הרעיון לפתרון זה עלה במפגש חברתי של חוקרים מקבוצות מחקר שונות: קבוצתו של פרופ׳ אלכסברונשטיין מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב בטכניון, מומחה בלמידה חישובית ובניתוח מידע, וקבוצתו של פרופ׳ עדי אריה, מופקד הקתדרה ע”ש מרקו ולוסי שאול, מאוניברסיטת תל אביב, המתמחה במחקר תאורטי ויישומי בתחום האופטיקה הלא-לינארית ובפרט באופטיקה קוונטית. במחקר שותפים אייל רוזנברג, בעבר סטודנט לתואר שני בהנחיית פרופ’ אריה וכיום דוקטורנט בקבוצת המחקר של פרופ’ ברונשטיין, וחברי הקבוצה של פרופ’ אריה - אביב קרניאלי, אופיר ישרים, ד״ר סיוון ) MIT טרכטנברג מילס (כיום פוסט-דוקטורנטית ב- וג׳וש פולי-קומר. לפרויקט הצטרף מומחה חיצוני מחברת גוגל - ד”ר דניאל פרידמן, חוקר מנוסה מתחום הלמידה החישובית, שכבר עבד עם רוזנברג ועם פרופ’ ברונשטיין בפרויקטים אחרים. כיום ד”ר . Verily פרידמן כעת הוא ראש קבוצת המחקר ב- השיטה שפורסמה במאמר התמקדה בשזירה המתבטאת בצורה המרחבית של הפוטונים (עיגול לעומת טבעת), אבל אפשר ליישמה גם לשזירה הקשורה בצבע הפוטון או בקיטוב שלו. החוקרים מוסיפים כי מלבד היישום בגבישים לא-ליניאריים אפשר ליישם את השיטה במערכות אחרות כגון סיבים אופטיים ומוליכי גלים לא ליניאריים. לדברי רוזנברג, https:// “העבודה שלנו, עם הקוד המשלים שלה ( ), יכולה github.com/EyalRozenberg1/SPDCinv לתרום להתקדמות ולתגליות מרגשות נוספות במערכות קוונטיות וקלאסיות אחרות. החלטנו לפרסם את האלגוריתם כולו כקוד פתוח, כדי לאפשר לקבוצות מחקר נוספות ברחבי העולם להשתמש בכלים שפיתחנו.” פרופ’ אלכס ברונשטיין פרופ’ עדי אריה צילום: דוברות אוניברסיטת ת״א אייל רוזנברג ד״ר סיוון טרכטנברג מילס דרך חדשה לשזירת פוטונים https://doi.org/10.1364/OPTICA.451115 למאמר: