חוקרים מאוניברסיטת הטכנולוגיה של דנמרק (DTU) ושותפים בינלאומיים הראו כי אור משוזר יכול לקצץ את מספר המדידות הנדרשות כדי ללמוד את ההתנהגות של מערכת קוונטית מורכבת ורועשת בגורם עצום.
"זהו היתרון הקוונטי המוכח הראשון עבור מערכת פוטונית," אומר המחבר הראשי, אולריק לונד אנדרסן, פרופסור ב-DTU Physics. "הידיעה שיתרון כזה אפשרי עם מערכת אופטית פשוטה אמורה לעזור לאחרים לחפש תחומים שבהם גישה זו תשתלם, כמו חישה ולמידת מכונה."
העבודה, שכותרתה "יתרון למידה קוונטי על פלטפורמה פוטונית ניתנת להרחבה," בוצעה בשיתוף פעולה עם עמיתים מארצות הברית, קנדה ודרום קוריאה.
יתרון קוונטי מוכח: חוקרים קיצצו את הזמן למשימת למידה מ-20 מיליון שנים ל-15 דקות
גלאי ההומודין — מערך מדידה המשמש באופטיקה קוונטית לקריאת תנודות זעירות בשדה אור. קרדיט: יונאס שו נירגארד-נילסן.
השזירה היא המפתח
בלב המחקר נמצאת בעיה המופיעה בתחומי מדע והנדסה שונים: כאשר רוצים להבין או לאפיין מערכת פיזיקלית, כמו מכשיר, מבצעים מדידות חוזרות ונשנות, ועל בסיסן, למשל, מגלים את "טביעת הרעש" של המכשיר.
במכשירים קוונטיים, לעומת זאת, התהליך אינו כה פשוט. ראשית, רעש קוונטי הוא חלק מהמדידות. שנית, מספר הניסויים הנדרשים יכול לגדול באופן אקספוננציאלי עם גודל המערכת, כך שהדבר הופך במהרה לבלתי מעשי או אפילו בלתי אפשרי. החוקרים יצאו למצוא דרך אחרת באמצעות אור משוזר.
שזירה היא מושג מפתח שבו שני חלקיקים או קרני אור קשורים זה לזה באופן כה הדוק, כך שמדידה של אחד מספקת מיד מידע על השני.
"בנינו תהליך שיכולנו לשלוט בו ושאלנו שאלה פשוטה: האם השזירה מפחיתה את מספר המדידות הנדרשות כדי ללמוד מערכת כזו? והתשובה היא כן, ובהרבה. למדנו את ההתנהגות של המערכת שלנו תוך 15 דקות, בעוד שגישה קלאסית דומה הייתה לוקחת כ-20 מיליון שנים," אומר אנדרסן.
יתרון קוונטי מוכח: חוקרים קיצצו את הזמן למשימת למידה מ-20 מיליון שנים ל-15 דקות
קרדיט: יונאס שו נירגארד-נילסן יתרון קוונטי מוכח: חוקרים קיצצו את הזמן למשימת למידה מ-20 מיליון שנים ל-15 דקות
קרדיט: יונאס שו נירגארד-נילסן יתרון קוונטי מוכח: חוקרים קיצצו את הזמן למשימת למידה מ-20 מיליון שנים ל-15 דקות
קרדיט: יונאס שו נירגארד-נילסן יתרון קוונטי מוכח: חוקרים קיצצו את הזמן למשימת למידה מ-20 מיליון שנים ל-15 דקות
קרדיט: יונאס שו נירגארד-נילסן
גלו עוד גישה למאגרי מחקר מוצרי ננוטכנולוגיה מטענים לרכב חשמלי קניית ספרי מדע באינטרנט חנות רכיבים אלקטרוניים ספרי לימוד בפיזיקה באינטרנט ספרי פיזיקה קוונטית השקעה בסטארט-אפים ביוטכנולוגיים אספקה למעבדות כימיה מציאת כלי מחקר מדעיים
משהו ששום מערכת קלאסית לא יכולה לעשות
לאחר שהניחו את היסודות התיאורטיים במאמר משנת 2024, "יתרון מופעל על ידי שזירה ללמידה של ערוץ תזוזה אקראי בוזוני," החוקרים ידעו כי אור משוזר עשוי לפתור את הבעיה.
הניסוי הוקם במרתף של DTU Physics ומתבצע באורכי גל של טלקום עם חלקים אופטיים מוכרים. הוא עובד גם עם הפסדים רגילים במערכת. זה חשוב, לדברי החוקרים, משום שזה מראה שהרווח נובע מאופן המדידה, ולא ממכשיר מדידה מושלם.
בפירוט נוסף, המערכת כללה ערוץ אופטי שבו מספר פולסים של אור חלקו את אותו דפוס רעש. שתי קרני אור הוכנו — או ליתר דיוק, נסחטו — כך שהפכו לשזורות. קרן אחת שימשה לבדיקת המערכת; השנייה שימשה כהתייחסות. מדידה משותפת משווה ביניהן ב"מכה אחת," והשוואה זו מבטלת חלק ניכר מה"ערפל" של המדידה ומוציאה יותר מידע בכל ניסוי מאשר בחינת הקרן הבודקת לבדה.
יונאס שו נירגארד-נילסן, פרופסור חבר ב-DTU Physics ומחבר שותף של המאמר, מדגיש כי החוקרים עדיין לא כיוונו למערכת ממשית קונקרטית.
"למרות שרבים מדברים על מחשבים קוונטיים וכיצד הם עולים על מחשבים קלאסיים, העובדה היא שהיום, הם לא. לכן, מה שמספק אותנו בעיקר הוא שסוף סוף מצאנו מערכת מכנית קוונטית שעושה משהו ששום מערכת קלאסית לא תוכל לעשות לעולם," אומר נירגארד-נילסן.
הפרויקט המחקרי הובל על ידי מרכז bigQ של DTU, בראשות אולריק לונד אנדרסן, כאשר יונאס שו נירגארד-נילסן משמש כחוקר משנה ראשי.
המחברים הראשיים של המאמר הם הפוסט-דוקטורנט ז'נגהאו ליו וסטודנט לדוקטורט רומן ברונל, שניהם ממרכז bigQ של DTU ומחלקת הפיזיקה של DTU. מלבד DTU, השותפים מאחורי המאמר הם חוקרים מאוניברסיטת שיקגו, מכון פרימטר, אוניברסיטת ווטרלו, קלטק, MIT ו-KAIST.
כתב עת: Science
ציטוט: יתרון קוונטי מוכח: חוקרים קיצצו את הזמן למשימת למידה מ-20 מיליון שנים ל-15 דקות (2025, 25 בספטמבר) נלקח ב-26 בספטמבר 2025 מ- https://phys.org/news/2025-09-proven-quantum-advantage-task-million.html
