מדידה קוונטית ייחודית, המבוססת על קונספט מיוחד הקרוי שזירות, בוצעה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב וממצאיה פורסמו ב-1.11.2017 בכתב העת היוקרתי Nature Communications ובאותו יום בכנס באוניברסיטת הרווארד בנושא תרמודינמיקה קוונטית. העבודה בוצעה במשותף עם הקבוצה התיאורטית של פרופ' חואן פבלו פז מארגנטינה, כאשר הניסוי הייחודי בוצע במלואו באוניברסיטת בן-גוריון.
כותרת המאמר: Using a quantum work meter to test nonequilibrium fluctuation theorems
בניסוי לקחו חלק הדוקטורנט יאיר מרגלית, הדוקטורנט לשעבר דר' שמעון מכלוף (שמבצע בימים אלו בתר-דוקטורט באוניברסיטה של אמסטרדם), וראש הקבוצה פרופ' רון פולמן (בתמונה).
לדברי פרופ' פולמן, מושג העבודה הוא מושג מאוד בסיסי בעולם הפיסיקה. לא ניתן לבצע כל פעולה פיסית כמו להזיז אובייקט מבלי לבצע עבודה. בעולם היום-יומי שלנו מושג העבודה קל להגדרה ומדידה. לעומת זאת, בעולם הקוונטי, שבו כל מדידה משפיעה על הדבר שאותו רוצים למדוד, קשה מאוד לדעת בדיוק כיצד להגדיר ולמדוד עבודה. מדידה כזו בוצעה עכשיו בקבוצת השבב האטומי באוניברסיטת בן-גוריון.
"בימים אלו" אומר פרופ' פולמן "שבהם מושקעים מאמצים עצומים בכל מדינות העולם במטרה לפתח טכנולוגיות קוונטיות, כמו למשל המחשב הקוונטי, יש חשיבות עצומה להבנת תהליכים בסיסיים שמתרחשים כאשר מבצעים על חלקיק פעולות קוונטיות שמשנות את מצבו.
הפתרון לשאלה איך למדוד עבודה קוונטית מבלי להפריע למערכת, נמצא בעזרתו של קונספט מיוחד בתורת הקוונטים שנקרא שזירות. השזירות מתארת מצב שבו בין שני חלקיקים או שתי מערכות יש קשר מיוחד שמאפשר להם להשפיע אחד על השני בצורה מיידית. זהו אפקט פיסיקלי מאוד מוזר, שקיים רק בתורת הקוונטים ומאפשר בעצם לשני חלקיקים להשפיע אחד על השני ממרחקים עצומים ובאופן מיידי.
בניסוי שבוצע באוניברסיטה, במקום לבצע מדידות רגילות על המערכת, היא נקשרה עם מערכת שניה בעזרת תהליך של שזירות. המערכת השניה הפכה בעצם למודדת של העבודה במערכת הראשונה מבלי שבתהליך היה מדען עם מכשירי מדידה גסים. רק בסוף התהליך כשהמערכת השניה כבר ביצעה בעזרת קשר השזירות את מדידת העבודה, הפעילו המדענים את מכשירי המדידה שלהם על המערכת השניה וקיבלו את התוצאה.
