זיכרון קוונטי

 

מה קורה אם מערבבים מים קרים ומים חמים? לאחר דינמיקה התחלתית מסוימת מתקבלים מים פושרים. במערכת מתחולל תהליך של שיחלוף אנרגטי, אשר במקרה זה מתבטא בהתאמת טמפרטורה – עד שהיא מגיעה לשיווי-משקל תֶרמי חדש. תופעה זו מתרחשת לא רק כאשר אנו מוזגים חלב קר לקפה החם שלנו, אלא כמעט בכל המערכות שאנו מכירים בטבע: אם לא מעוררים אותן מבחוץ, הדינמיקה הפנימית מביאה אותן, בסופו של דבר, לשיווי-משקל תֶרמי, בו אנרגיה וכל צורה אחרת של מידע מפוזרות בחומר באופן אחיד. במצב תֶרמי זה, המערכת בדרך כלל מפגינה התנהגות קלאסית: אף שהחלקיקים בחומר נענים לחוקי תורת הקוונטים, התופעות הקוונטיות שאפשר לצפות בהן פוחתות במהלך הערבוב המתרחש, עד שהן נעלמות לחלוטין עם היווצרות שיווי-המשקל.

 

פרופ' אהוד אלטמן, תלמיד המחקר רונן ווסק, וד״ר מרק פישר, מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון ויצמן למדע, יחד עם שותפיהם למחקר מאוניברסיטת מינכן וממכון מקס פלנק לאופטיקה קוונטית, הצליחו באחרונה ליצור מה שהם מכנים "מצב רב-גופי ממוקם", שבו, על אף יחסי הגומלין בין החלקיקים, וחרף הכוחות שפועלים ביניהם, לא מתחולל ערבוב מידע, והמערכת לעולם אינה מגיעה לשיווי- משקל תֶרמי (מעין קפה בחלב, כשהחלב והקפה אינם מתערבבים זה בזה, וכל אחד מהם נתון בטמפרטורה משלו). זהו המצב היציב היחיד הידוע של חומר שאינו נענה לחוקי התרמודינמיקה הרגילים. במצב מבודד מוזר וייחודי זה, המערכת שומרת על זיכרון קוונטי של המצב הקוונטי ההתחלתי שלה, אפילו למשך פרקי זמן ארוכים.התוצאות הללו פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Science.

 

"מצב רב-גופי מקומי" נשאר יציב בזכות אי-סדר הטבוע במרחב אשר בו נעים החלקיקים ובכוחות החיצוניים המשפיעים עליהם. בניסוי שעליו דיווחו מדעני המכון ושותפיהם למחקר נעו אטומים קרים – והתנגשו ביניהם על רקע אקראי המיוצר באמצעות קרני לייזר. באמצעות שינוי מבוקר של אי-הסדר ברקע הצליחו המדענים לגרום להיווצרות מעבר חד בין ״המצב הממוקם״ לבין מצב שבו מתקיימת העברה של אנרגיה ומידע בחומר.

 

העניין הבסיסי בתופעת מעבר ייחודית זו נובע מכך, שהיא מציבה קו הפרדה חד בין מערכת מיקרוסקופית המפגינה התנהגות קוונטית מובהקת, לבין מערכת שבה התופעות הקוונטיות "נספגות" במערך התופעות של "עולם העצמים הגדולים". גם במישור המעשי מעוררות מערכות כאלה עניין רב, שכן הן עשויות לתרום ליישומים הכרוכים בעיבוד מידע קוונטי.