$$News and Reports$$
06 מרץ 2022

​​הם גייסו חלקיקי אור כדי לדמות כאוס וה​צליחו לחזות מתאמים המעידים עליו. ​​מסקנותיהם פורסמו בכתב העת המדעי היוקרתי Nature Partner Journal, Quantum Information.

 

פרופ' איתן גרוספלד ועמיתו ד"ר דניאל דהן מהמחלקה לפיזיקה, יחד עם ד"ר גבע ארואס, בוגר המחלקה, בתר-דוקטורט בפריז, הדגימו שמערכות הלוכדות אור בחלל תהודה מיקרומטרי על טבעת, יכולות לחשוף התנהגות בלתי צפויה, כאשר אור עם תכונה סיבובית (אור כיראלי) מוזרק לתוך החללים הללו. 

הפוטונים, חלקיקי האור, מתנהגים על פי חוקי מכניקת הקוונטים. החוקרים עקבו אחר המסלולים של מספר פוטונים בתוך המיקרו-חללים וגילו שהתנהגותם הופכת כל כך בלתי צפויה ואף עלולה להראות לגמרי אקראית, בשל רגישות גבוהה לשינויים קטנים בתנאים ההתחלתיים. עם זאת, הם חזו שמתאמים מסוימים בין פליטת פוטונים במיקרו-חללים השונים יצביעו על ההתנהגות הכאוטית. הפיזיקאים מאוניברסיטת בן-גוריון הם הראשונים שהציעו את חלקיקי האור, הפולריטונים, כמי שיכולים לדמות כאוס. גילוי זה נעשה במסגרת תוכנית הדגל של האיחוד האירופי שמטרתה להפוך את המחקר הקוונטי לטכנולוגיות קוונטיות. 

"למיטב ידיעתנו, אנו הראשונים להציע סימולטורים קוונטיים במצב מוצק המבוססים על חלקיקי אור כמי שיכולים לדמות סוגים מסוימים של כאוס בהם קשה מאוד לקבוע את הכללים", הסביר פרופ' גרוספלד. "חלקיקים אלו מורכבים מפוטונים ואקסיטונים של מצב מוצק. שבב המצב המוצק קושר את הפוטונים ומייצר מהם תגובה בה אנו משתמשים בסימולציות שלנו".

שותפים נוספים לקבוצת המחקר: אוניברסיטת אוקספורד, אוניברסיטאי קולג' בלונדון, אוניברסיטת שפילד בבריטניה CNRS-C2N בפריז, המכון לפיזיקה בוורשה ומכון פול דרוד בברלין.

מחקר זה (מס' 1626/16 *) נתמך על-ידי הקרן הלאומית למדע ובהמשך נתמך על ידי רשות החדשנות במסגרת תוכנית קמין- בפרויקט QuantERA InterPol ובסיוע BGN Technologies - חברת מסחור הטכנולוגיות של אוניברסיטת בן-גוריון בנגב.

 

איור המסלולים הקוונטיים של מספרי הפוטונים בתוך המיקרו-חללים | קרדיט: פרופ' איתן גרוספלד
איור המסלולים הקוונטיים של מספרי הפוטונים בתוך המיקרו-חללים | קרדיט: פרופ' איתן גרוספלד


בתמונה רואים אוסף גדול של "המסלולים הקוואנטיים" של הפולריטונים, כאשר המרחק מנקודת יחוס מסוימת (קצה הזנב שרואים בתמונה הימנית העליונה, נקודת ההתחלה של הסימולציה) מהווה מדד למספר הפולריטונים. פולריטונים נוספים מוזרקים מבחוץ ואחרים נעלמים באופן אקראי (בורחים מחלל התהודה). "המסלולים" מתחילים מאותה נקודה אך אז נפרדים זה מזה בשל ההתרחשויות האקראיות, השונות ממסלול למסלול. תדירות הפוטונים המוזרקים משתנה מתמונה לתמונה. כאוס מופיע בתמונה הימנית העליונה, ובשמאלית התחתונה (האזור הבהיר הגדול).


chaos2.gif

אחת משתי ההתנהגויות ההופכת להיות כאוטית