ברק דיין
פרס קריל 2015
מכון ויצמן למדע
ברק דיין (Barak Dayan)
תחומי מחקר:
שליטה בחלקיקי אור בודדים
כשם שזרם חשמלי מורכב מתנועה של חלקיקים הנקראים אלקטרונים, גם אור מורכב מחלקיקים הנקראים פוטונים.
מעבדת האופטיקה הקוונטית של דיין במכון ויצמן היא המובילה בעולם כיום בשליטה בחלקיקי אור בודדים, והיא משתלבת במאמץ של מעבדות נוספות בעולם לבניית הבסיס למחשבים של הדור הבא – מחשבים ״קוונטיים״, שצפויים להיות מהירים וחזקים באלפי מונים מהמחשבים של היום.
מחשבים בבסיסם הם תמיד אוסף עצום של טרנזיסטורים המעבירים זה לזה אותות חשמליים – ״ביטים״, המייצגים אחד משני ערכים: אפס או אחד, ממש כמו מתג חשמלי. הצירוף של ביטים רבים הוא הבסיס לסך הפעולות שהמחשב מבצע – משיתוף סרטון בפייסבוק ועד ניווט חללית למאדים.
כדי לפתח מחשב מהיר ויעיל אלפי מונים מהמחשבים שאנחנו מכירים, מדענים בכל העולם מנסים כבר שנים לנצל את אחת התופעות המוזרות ביותר בטבע – הסופר פוזיציה הקוונטית: התופעה בה עצם יכול להתקיים באותו זמן בכמה מקומות במקביל.
בניגוד למחשב רגיל, שבו כל טרנזיסטור יכול לבצע רק פעולה אחת בכל רגע נתון, במחשב קוונטי יוכל כל טרנזיסטור להמצא במספר מצבים בו זמנית, וכך יוכל המחשב בעצם לבצע מיליוני פעילויות חישוב בבת אחת במעיין ״יקומים מקבילים״, ולסיים תוך שניות בודדות חישוב שהיה לוקח למחשב רגיל שנים רבות.
כיום, המחשבים מבוססים על אלקטרונים הנושאים מטען חשמלי ואשר משפיעים זה על זה, דבר שמקשה מאוד על יכולתם להימצא בסופר פוזיציה. לכן, מדענים רבים סבורים שמחשבים קוואנטיים יתבססו על פוטונים, חלקיקי האור שאינם מפריעים זה לזה ויכולים להישאר במצב סופר פוזיציה ביתר קלות.
במעבדת האופטיקה הקוונטית במכון ויצמן הצליחו, לראשונה בעולם, לבנות טרנזיסטור כזה, שממתג ומנתב חלקיקי אור במקום אלקטרונים – הטרנזיסטור הפוטוני הראשון.
כדי לשלוט על תנועת הפוטונים, לכדו המדענים באמצעות קרני לייזר אטום בודד על שבב, ומיקדו עליו את הפוטונים תוך שימוש במהוד אופטי זעיר ומיוחד. הפוטונים ״נכלאים״ במהוד למשך מיליונית שנייה, ומכריחים את האטום לקיים איתם אינטראקציה. הפוטונים מפעילים את האטום כמעין מתג מתחלף שמפנה כל פוטון ימינה או שמאלה לפי הפקודה שהגיעה מהפוטון הקודם.
בכך הם יצרו, למעשה, טרנזיסטור לחלקיקי אור, שמופעל אך ורק על ידי פוטונים, ויכול להמצא לא רק במצב 0 או 1, אלא גם, בו זמנית, בכל המצבים שבינהם.
המחקר הזה, והניסויים הנוספים עליהם עובדים כיום במעבדת האופטיקה הקוונטית בוייצמן, מקדמים אותנו לקראת מימוש המחשבים הקוונטיים של המחר, וגם מאפשרים לחשוף את התכונות המיוחדות ולשלוט באחד מהחלקיקים היסודיים ביותר בטבע – הפוטון, שמהווה חלק כל כך חשוב מהטכנולוגיה של היום, וודאי של המחר.
ד״ר ברק דיין הוא בוגר תכנית ״תלפיות״ הצבאית ושירות ארוך במערכת הביטחון, בעל דוקטורט בפיסיקה ממכון ויצמן, עשה את מחקר הפוסטדוקטורט בקאלטק שבקליפורניה, וכיום הוא ראש מעבדת האופטיקה הקוונטית במכון ויצמן. נשוי ואב לשתי בנות מדהימות ובן מקסים…
