איינשטיין מתהפך בקברו: חוקרים ממכון רקח לפיסיקה הצליחו להראות לראשונה חלקיקים קוונטים בעלי קשר שמעל הזמן | האוניברסיטה העברית בירושלים | The Hebrew University of Jerusalem
דלג לאתר בעברית
דלג לאתר באנגלית
דלג לאתר בערבית
דלג למפת אתר

איינשטיין מתהפך בקברו: חוקרים ממכון רקח לפיסיקה הצליחו להראות לראשונה חלקיקים קוונטים בעלי קשר שמעל הזמן

איינשטיין טען כי לא יתכן קשר קוונטי מעל המרחב בין שני חלקיקים– לאחר שטענה זו כבר הופרכה בעבר גילו כעת חוקרים שגם קשר מעל הזמן אפשרי בין חלקיקים קוונטיים
13/06/2013

תורת הקוונטים המתארת את התנהגות החומר בסקאלות קטנות ביותר כוללת רעיונות רבים הסותרים את האופן בו אנו חווים את העולם סביבנו באופן יום-יומי ונראים כנוגדים את ההיגיון הפשוט. לדוגמא, חלקיק המתואר ע"י תורת הקוונטים יכול להימצא בו-זמנית בשני מקומות או לעבור דרך קירות. הפיזקאי הנודע אלברט איינשטיין נהג לנגח את תורת הקוונטים ולטעון כי היא אינה שלמה. לטענתו, על פי תורת הקוונטים יתכן מצב בלתי אפשרי הנקרא מצב שזור שבו כל חלקיק לפני מדידתו יכול להימצא באחת משתי אפשרויות, וכאשר נבדק מצבו של אחד מהחלקיקים השזורים ע"י מדידה, נקבע מיידית מצבו של השני, ללא קשר למרחק שבינם וללא תלות במהירות האור - דבר הסותר את תורת היחסות הפרטית שניסח איינשטיין. איינשטיין תאר את התוצאה הזו כ"השפעת רוחות רפאים ממרחק" והסיק ממנה שישנם חסרים בתורת הקוונטים.

הסתירה לכאורה בין שתי התורות נתבהרה רק כאשר הציע הפיזיקאי ג'ון בל בשנות השישים ניסוי שיכריע האם תורת הקוונטים חסרה או שלמה והאם אינשטיין טעה באחת מהנחותיו והמצב השזור אכן אפשרי. בעשרים השנים האחרונות, אף הפכו מערכות קוונטיות שזורות למרכזיות במחקר בנושא מידע קוונטי. תחום זה המשלב בין מדעי המחשב ופיסיקה, חוקר את אפשרויות החישוב והתקשורת שמאפשרת תורת הקוונטים. אולם למרות ההתקדמות שחלה בהבנת תורת הקוונטים, בכל מקרה שבו הודגמה או נחקרה תכונת השזירות, הייתה המערכת מורכבת משני חלקיקים שהיו מרוחקים במרחב אך התקיימו באותו הזמן.

כעת, במחקר שבוצע במעבדות האוניברסיטה העברית בקבוצתו של פרופ' חגי איזנברג על ידי תלמיד המחקר אלי מגידיש ופורסם החודש בכתב העת היוקרתי של האגודה האמריקאית לפיזיקה, הצליחו החוקרים לראשונה להדגים מצב שזור של שני חלקיקי אור – פוטונים – שלא היו מרוחקים במרחב אלא בזמן. החלקיק הראשון נמדד וחדל מלהיות עוד לפני שנוצר השני ונשזר אליו. בשום שלב של הניסוי לא התקיימו שני הפוטונים יחדיו. למרות זאת, הראו החוקרים כי שני הפוטונים הדגימו את כל התכונות של מצב שזור, כפי שהוצע ע"י אינשטיין. ההתייחסות המקורית של אינשטיין על פעולת רוחות ממרחק הופכת בניסוי זה לפעולת רוחות מעל הזמן. כשנמדד הפוטון הראשון, משתנה לכאורה תיאור מצבו הפיסיקלי של פוטון עתידי שעדיין אינו קיים, וכשנמדד השני, משתנה לכאורה התיאור של פוטון שאיננו קיים עוד.

לדברי פרופ' איזנברג, "המחקר שלנו אמנם מצא כי העתיד משפיע על העבר, אך חשוב להדגיש כי הניסוי הזה אינו מאפשר למי שמחזיק באחד החלקיקים להתקשר לעבר או לעתיד, כפי שחלקיקים שזורים הרחוקים אחד מהשני אינם מאפשרים תקשורת במהירות הגדולה ממהירות האור. ההשפעה נובעת מכך שמדידת החלקיק המאוחר יותר מאפשרת לנו להבין אחרת את החלקיק הקודם. כלומר, רק התיאור הפיסיקלי של הפוטון השני משתנה ברגע שנמדד הראשון, אך כדי שהמחזיק בחלקיק השני ידע זאת, הוא צריך לקבל מסר קלאסי מהצד בו נמדד החלקיק הראשון. כך שבסופו של דבר, ממצאי המחקר לא צפויים להוביל אותנו להמצאת מכונת הזמן שתישאר בנתיים רק ב סרטים הוליוודיים". 

עם זאת, לדברי איזנברג, התרחיש המתואר בניסוי יהיה נפוץ במערכות תקשורת קוונטיות עתידיות. זוג פוטונים שזורים ישלח לשני משתמשים וכל אחד מהם ירצה לבצע חישוב קוונטי או פעולה אחרת על הפוטון שלו. כאשר יגיע פוטון לאחד המשתמשים, הוא יבצע איתו את הפעולות הנדרשות ללא צורך להמתין ולדעת שגם למשתמש השני הגיע כבר הפוטון שלו. למרות זאת, תוצאת החישוב או תהליך התקשורת יהיו כאילו הוא חיכה. מערכות תקשורת קוונטית פשוטות יותר כבר מותקנות במספר ערים גדולות בעולם ומשמשות להצפנת מידע אולטימטיווית בין בנקים, שלעולם לא יהיה ניתן לצותת לה.

הקבוצה שערכה את המחקר משתייכת למרכז לאינפורמציה קוונטית שהוקמה השנה באוניברסיטה העברית וכוללת כ-20 חוקרים מובילים ממגון דיסציפלינות. המרכז יערוך את כנס היסוד שלו בחודש הבא בין ה-24 ל-27 ביוני בירושלים.

תמונת כתבת חדשות 
איינשטיין מתהפך בקברו: חוקרים ממכון רקח לפיסיקה הצליחו להראות לראשונה חלקיקים קוונטים בעלי קשר שמעל הזמן