פריצת דרך קוונטית כפולה: פיזיקאים מאוקספורד שולטים ביונים בודדים ליצירת מצבים בלתי אפשריים

מדוע זה משנה. סחיטה מרובעת מספקת כפתור רגיש יותר למטרולוגיה קוונטית, שכן מתאמים מסדר גבוה יכולים לנצח את הגבול הקוונטי הסטנדרטי בפערים רחבים יותר. היא גם פותחת נתיב להנדסת מצבים קוונטיים מורכבים המשמשים כאבני בניין למחשוב קוונטי עמיד לתקלות ולדור הבא של החיישנים .

חתולי שרדינגר הבנויים מהמוזר, לא מהפשוט

פריצת הדרך השנייה נחתה ביוני 2026 ב-Physical Review X. מצבי סופרפוזיציה קוונטית – המכונים לעיתים קרובות מצבי חתול שרדינגר – מורכבים בדרך כלל מחבילות גל קוהרנטיות רגילות, האנלוג הקוונטי הקרוב ביותר למסלול קלאסי. אולם, צוות אוקספורד שאל שאלה אחרת: מה אם כל חלק בסופרפוזיציה היה בעצמו לא-קלאסי מטבעו?

באמצעות התנועה של יון לכוד בודד, בנו החוקרים סופרפוזיציות שבהן שני הרכיבים החופפים היו מצבים סחוטים – תצורות קוונטיות שבהן אי-הוודאות כבר מחולקת מחדש בצורה מנוגדת לאינטואיציה. על ידי תכנות מצבו של היון בדיוק רב, הם פיסלו סופרפוזיציות מורכבות וא-סימטריות שלא היו ניתנות להשגה קודם לכן .

השיטה מעניקה לפיזיקאים שליטה ניתנת לתכנות על הצורה והמאפיינים של מצב החתול. במצבי חתול קונבנציונליים, אי-הוודאות הקוונטית נראית זהה בשני הענפים; כאן, היא שונה, ויוצרת מבנה התאבכות עשיר יותר שניתן לרתום לתיקון שגיאות ולניסויים בסיסיים במכניקת הקוונטים .

מדוע זה משנה. תיקון שגיאות קוונטי מסתמך על קידוד מידע במצבים עמידים בפני רעש. יצירת סופרפוזיציות מרכיבים לא-קלאסיים, כמו מצבים סחוטים, עשויה לייצר קיוביטים לוגיים (יחידות החישוב הבסיסיות במחשב קוונטי) עמידים יותר מטבעם. העבודה גם מחדדת את שדה הניסוי לשאלות יסוד על דה-קוהרנטיות (איבוד התכונות הקוונטיות) והמעבר מקוונטי לקלאסי .

מדוע דווקא יון לכוד בודד?

שתי פריצות הדרך חולקות במה משותפת: יון לכוד בודד – ככל הנראה איזוטופ של סידן או סטרונציום – המוחזק כמעט ללא תנועה על ידי שדות חשמליים בתדר רדיו. יון לכוד משלב שתי מערכות קוונטיות שונות: מצב אלקטרוני פנימי מבודד היטב המשמש כקיוביט, ואופני תנועה הניתנים לקירור לייזר עד למצב היסוד הקוונטי. אופי כפול זה הופך יונים לפלטפורמה אידיאלית ליצירה וניתוח של מצבים קוונטיים מורכבים .

חשוב לציין, קבוצת מלכודת היונים של אוקספורד משכללת פלטפורמה זו כבר שנים. ביוני 2025, אותה קבוצה קבעה שיא עולם בנאמנות שער של קיוביט בודד (דיוק פעולה לוגית בסיסית), והשיגה שיעור שגיאה של 0.000015% בלבד, או טעות אחת בכל 6.7 מיליון פעולות . שליטה קיצונית זו על קיוביטים בודדים היא הבסיס שאפשר את תוצאות הסחיטה המרובעת ומצבי החתול של 2026.

סחיטה מרובעת ומצבי חתול ניתנים לתכנות לא יופיעו מחר במחשב קוונטי מסחרי. אך יחדיו, הן ממלאות שני פערים שונים בארגז הכלים הקוונטי: האחד מספק נתיב מהיר ונקי יותר להסתבכות מסדר גבוה עבור חישה ומטרולוגיה, בעוד האחר מספק דרך חדשה לעצב מידע לתיקון שגיאות. שתיהן מראות שיון בודד בשליטה טובה נותר אחת הפלטפורמות המגוונות ביותר לחקר – ולניצול – הכללים העמוקים ביותר של הפיזיקה הקוונטית.