רכיב קוונטי
צילום: אי-פי

מרוץ החימוש הקוונטי: הגבולות הטכנולוגיים מתרחבים

תורת הקוונטים מתארת את מה שקורה בעולמות המיקרוסקופיים. התורה, שפותחה רק לפני מאה שנה, כבר עושה מהפכה ומאפשרת יכולות בלתי נתפסות בתחומים כמו: תכנון חומרים חדשים, אופטימיזציה של מערכות ומפעלים גדולים ופריצה של קודים
קלמן וסג"ל
04 בספטמבר 2019
10:01

תורת הקוונטים מתארת את מה שקורה בעולמות המיקרוסקופיים - את התנהגות הטבע בעולמות הקטנים ביותר - אלקטרונים, אטומים, יונים ועוד. פרופסור חגי אייזנברג, פיזיקאי במכון המחקר רקח באוניברסיטה העברית, הסביר בריאיון לקלמן ליבסקינד ואראל סג"ל איך התורה משנה ב"אופן בלתי נתפס" את חיינו. "אם נאחסן מידע במערכות קוונטיות, נקבל מערכת שיכולה לעבד מידע מסוג חדש, במיוחד בתחום התקשורת ובתחום עיבוד המידע", הסביר אייזנברג. 

מחשבים קוונטיים יכולים לפתור בעיות חשובות כגון: תכנון חומרים חדשים, אופטימיזציה של מערכות ומפעלים גדולים ופריצה של קודים. פרופסור אייזנברג ציין כי כל האלקטרוניקה בנויה על טרנזיסטורים וכל העברת המידע עובדת באמצעות לייזרים. שני הדברים הובילו למהפכת המידע של שנות ה-80 וה-90. "ב-20 השנים האחרונות הבנו נדבך נוסף - אנחנו יכולים להחיל חוקים קוונטיים על מערכות שאוצרות מידע כמו במערכות הישנות, בהן אנחנו מאחסנים מידע בביט – השיטה הבינארית", אמר.

תורת הקוונטים היא תורה בת מאה שנה שנוסחה בדנמרק על ידי המדענים הגדולים ביותר, ביניהם גם המדען היהודי אלברט איינשטיין. התורה התחילה לחדור לטכנולוגיה אחרי כ-30 שנה, כשהופיעו שני הרכיבים – טרנזיסטור ולייזר. בעולם הקוונטי, מערכות יכולות להופיע בכמה מצבים בו-זמנית, למשל – אלקטרון יכול להיות בשני מקומות באותו הזמן.

התורה מספקת תיאור כמותי ויכולת ניבוי של שלל תופעות שלא ניתנות להסבר במסגרת המכניקה הקלאסית, שקדמה למכניקה הקוונטית. את מרבית התאוריות הקלאסיות ניתן לקבל כגבול של מכניקת הקוונטים, כשם שהמכניקה הניוטונית מתקבלת כגבול של תורת היחסות הכללית. התאוריות המודרניות מכילות את שקדם להן ומרחיבות לתיאור נכון יותר של הטבע.

ההשערה אודות קוונטיזציה של גדלים פיזיקליים הופיעה לראשונה במאמר של הפיזיקאי מקס פלנק משנת 1900, העוסק בקרינת גוף שחור. פלנק ניסה להסביר את האופן הנצפה של התפלגות אורכי הגל של הקרינה, עד שלבסוף מצא נוסחה מדויקת לאחר שהניח שהאנרגיה הכוללת של המערכת עשויה ממנות בדידות.

בשנת 1905 פרסם אלברט איינשטיין מאמר אודות תכונותיו של האור. במאמר שיער שקרינה אלקטרומגנטית איננה גלים רציפים, כפי שהיה מקובל לחשוב בתקופה זו, אלא עשויה ממנות בדידות של אנרגיה, שמאוחר יותר קיבלו את השם פוטונים. הוא הראה כיצד השערה זו מסבירה תופעות שונות, בין השאר את האפקט הפוטואלקטרי.