הניסויים – מעבדת ההוראה לטכנולוגיה קוונטית

ערכות הניסוי במעבדה

המכון למצב מוצק, קומת קרקע חדר 012

מבוא לתקשורת קוונטית: פוטונים בודדים ושזורים

אור הוא התווך המועדף על האנושות לתקשורת מהירה. מכיוון שכך, נשאלת השאלה האם רתימת מכניקת הקוונטים לצרכי תקשורת יכולה לשפר אותה באופן מהותי? התשובה היא כן.

אבל לפני שאפשר להבין תקשורת קוונטית, צריך ללמוד את הבסיס, האופטיקה הקוונטית. שלל תופעות האור שכדי להסביר אותן אנחנו חייבים להשתמש במונח 'פוטון'.

בעמדת הניסוי הזו, תוכלו לעשות כמעט את כל הניסויים שהם אבני היסוד של תחום האופטיקה הקוונטית.

תזכו לניסיון ישיר עם עצם קיומו של הפוטון, כמות האנרגיה הקטנה ביותר שיכולה להיות בתוך מוד אופטי.

Photon antibunching
Hong-Ou Mandel effect
Entanglement of a photon pair
Interference of a single photon

בעזרת המדריכים, תגלו עולם של מחשבה על מהותו של האור כחלקיק וגל בו זמנית.

מחשבה שאולי נתקלתם בה באופן אבסטרקטי באולמות ההרצאות הופכת להיות כלי הכרחי כדי להבין את הניסויים.

חישה קוונטית באמצעות מרכזי NV ביהלום

חישה היא חלק מרכזי בטכנולוגיה המודרנית. כמעט כל מכשיר אלקטרוני מכיל חיישנים המודדים טמפרטורה, אור, מרחק, כיוון, שדה מגנטי ועוד.

אבל האם מכניקת הקוונטים יכולה לאפשר לנו למדוד את העולם בדרכים חדשות וברגישות גבוהה במיוחד? בהחלט.

במעבדה זו תתנסו במערכת בהם הקיוביטים הם מרכזי NV ביהלום - פגמים נקודתיים המתפקדים כמערכות קוונטיות שניתן לאתחל, לשלוט בהן ולמדוד אותן באמצעות לייזר, גלי מיקרו-גל ושדות מגנטיים.

זהו קורס שבו לא רק לומדים על תופעות קוונטיות באופן תאורטי, אלא מפעילים מערכת קוונטית אמיתית בידיים ורואים את התופעות בעיניים דרך תוצאות הניסוי.

במהלך הקורס ותלוי בהיקפו תתנסו בין היתר ב:

ODMR ואפקט זימן
תנודות ראבי ושליטה קוהרנטית
Spin Echo ומדידת זמני הרלקסציה והקוהרנטיות
הארכת זמני רלקסציה -Dynamical Decoupling ו־CPMG (קורס מורחב)
מעבדת בחירה - חישה של שדות מגנטיים DC ו־AC, אינטראקציות היפרפיין, מימוש אלגוריתם דויטש-ג'וזה, פעולות על קיוביט וטומוגרפיה (קורס מורחב)

המערכת הניסיונית משלבת יהלום, אופטיקה,גלי מיקרוגל, דגימה ועיבוד נתונים – ומאפשרת להפוך מושגים קוונטיים מופשטים לתופעות מדידות ומוחשיות.

חישוב קוונטי באמצעות תהודה מגנטית

החישוב הקוונטי הוא היהלום שבכתר הטכנולוגיה הקוונטית. החלום של תחום זה הוא לפתור בזמן סביר בעיות חישוביות בעלות סיבוכיות אקספוננציאלית, וזאת הודות ליכולת היחודית למערכות קוונטיות להימצא בסופר-פוזיציה של מצבים בעת ובעונה אחת

ערכת ניסוי זו תאפשר לכם להבין את עקרונות החישוב הקוונטי והיחידה הבסיסית שלו, הקיוביט, ולבצע אלגוריתמים קוונטיים בסיסיים באמצעות שני קיוביטים.

ערכת הניסוי אף מסוגלת לבצע ניסויים מורכבים בהרבה ואף פורצי דרך, וצוות המעבדה פתוח לרעיונות מקוריים של הסטודנטים.

בניסוי, הקיוביטים יהיו הספינים האטומיים של אטומי פחמן ומימן במולקולות והפעולות (השערים הלוגיים) מיושמים באמצעות שיטת התהודה המגנטית (NMR).

האין זה מדהים שמולקולה פשוטה יכולה לשמש כיחידה חישובית קוונטית? מנפלאות הכימיה הפיסיקלית.

באמצעות מערכת הניסוי תתנסו ב:

אתחול, מניפולציה ומדידה של קיוביט יחיד.
יישום שערים קוונטיים לקיוביט יחיד וזוג קיוביטים.
יישום אלגוריתמים בסיסיים (Deutsch–Jozsa)