שזירה קוואנטית – הקשרים הסמויים בין חלקיקים זעירים

אלברט איינשטיין, ניסה לאתגר את מכניקת הקוונטים, ובכך תרם רבות לפיתוחה (Ferdinand Schmutzer\Wikimedia Commons)

תופעת השזירה הקוונטית (Quantum Entanglement) מציעה לנו שגורלם של שני חלקיקים (או יותר) שזור זה בזה כיוון שאותו ביטוי מתמטי (פונקציית גל) מתאר את מצבם המשותף. בניגוד גמור להיגיון המקובל האומר שנדרש שחלקיקים כלשהם, לפחות אור, יגשרו בין החלקיקים כדי שאלו יוכלו להשפיע זה על זה, בשנים האחרונות ניסויים רבים מאמתים את קיומה של התופעה, ומעת לעת אנו מתבשרים שחוקרים הצליחו לשמור על מצב השזירה לפרקי זמן ממושכים יותר ויותר. עד עתה מדובר היה בחלקיקים זעירים בלבד שנשזרו זה לזה, כמו אלקטרונים למשל, וגם זאת רק בטמפרטורות קרות במיוחד המתקרבות לאפס המוחלט.

בחודש שעבר הושגה מדרגה נוספת כאשר צוות חוקרים בין-לאומי דיווח שהצליח להגדיל את סדרי הגודל: לא רק חלקיקים תת אטומיים זעירים, אלא גופים גדולים יותר – יהלומים סינתטיים שמידותיהם כ-3 מ"מ, ואפילו בטמפרטורת החדר. החוקרים הקרינו על היהלומים קרני לייזר ובכך תיאמו את אופן התהודה שלהם, כלומר שמרגע שנמדד אופן התהודה של אחד, מיידית ניתן היה להסיק גם לגבי מצב תהודתו של השני. אך כדי להצליח לאתר את התלות ההדדית בין היהלומים, כלומר את השזירה ביניהם, עמדו לרשות החוקרים פרקי זמן קצרים במיוחד, פחות מאלפית של מיליארדית השנייה. פרופ' יובל גפן ממכון ויצמן ציין בריאיון לאפוק טיימס שההצלחה במחקר "מרשימה ביותר. זה מוכיח שהמוזרות של מכניקאת הקוואנטים באה לידי ביטוי גם בעולם המאקרוסקופי שלנו, ולא רק בעולם האטומי והתת-אטומי".

"רוחות רפאים הפועלות למרחקים"

מי שהעלה לראשונה את רעיון השזירה (אם כי לא השתמש במינוח הזה) הוא אלברט איינשטיין, שניסה באמצעות התופעה החריגה להוכיח שמכניקאת הקוונטים אינה שלמה. במשך שנים ניהל איינשטיין ויכוח נוקב עם הוגיה של תורת הקוונטים, ובמיוחד עם הפיזיקאי הדני (ממוצא יהודי) נילס בוהר.

ב-1947 תיאר איינשטיין את תופעת השזירה כ"פעולה למרחוק של רוחות רפאים" (Spooky action at a distance). קודם לכן, בדצמבר 1926, כתב איינשטיין לבוהר: "מכניקאת הקוואנטים היא מרשימה מאוד, אבל קול פנימי אומר לי שהיא עדיין אינה הדבר האמיתי". לדבריו של פרופ' גפן, כבר בשנות ה-20 של המאה הקודמת איינשטיין העלה את הטיעון שאו שתורת הקוואנטים אינה לוקאלית (כלומר אובייקטים יכולים להיות מושפעים מיידית מאובייקטים אחרים המרוחקים מהם), או שהיא אינה שלמה.

כפי שמסביר גפן, "במבט לאחור, 80 שנה מאוחר יותר נראה שאיינשטיין הציג הבנה טובה יותר מאחרים של מכניקאת הקוונטים וההבנה שלו והתרומה שנתן לפיתוח התורה הזו, היא לבדה מצדיקה פרס נובל. מטרתו הייתה לאתגר, וניכר שהוא הבין הרבה יותר טוב מכל אחד מהם".

פרופ' בריאן גרין מאוניברסיטת קולומביה שבארה"ב, מתייחס במאמרו למשמעויותיה של השזירה הקוונטית, ומציין שהיא תומכת בקיומם של קשרים הדדיים שאינם מקומיים. דבר המתרחש כאן עשוי להיות שזור בדבר המתרחש שם, אפילו אם שום דבר אינו עובר מכאן לשם. משמעות הדבר לדבריו היא "שכבר איננו יכולים להתייחס ליקום כבעבר: המרחב שבין שני חפצים, ולא משנה כמה הוא גדול, אינו מבטיח שהם נפרדים זה מזה".

יישום בעולם המחשוב?

כמו שהדברים נראים כרגע, ייתכן שבעוד מספר שנים השזירה המסתורית הזו תקדם במידה רבה את עולם המחשוב, עם תחום המחשוב הקוונטי שעשוי להקפיץ בכמה סדרי גודל את כוח החישוב העומד לרשותנו. המחשבים הקוונטיים מבוססים על תופעת השזירה, ובעזרתה הם מציעים כוחות חישוב מקביליים חזקים בהרבה מאלו המוכרים לנו כיום. אולם לעת עתה הדרך עדיין ארוכה משום שהחוקרים לא מצליחים לשמר את מצב השזירה לפרקי זמן ממושכים דיים.

לדברי גפן, אם מנסים כיום לבנות מחשב קוונטי, הפעולה הקוהרנטית שלו נהרסת במהרה, כיוון שכעבור "זמן קצר מאוד הקיוביטים [הביטים הקוונטים] מתחילים להישזר עם כל דבר מהסביבה".

עוד כתבות נצפות...