כמו חתול צ'שייר

"פעמים רבות ראיתי חתול ללא חיוך, אך מעולם לא ראיתי חיוך ללא חתול," אומרת אליס כאשר היא נתקלת, במהלך ההרפתקה שלה בארץ הפלאות, בחתול הצ'שייר. לחתול יכולת להיעלם ולהופיע כרצונו, בבת אחת או בהדרגה, וכשהוא נמוג – נשאר בסופו של דבר חיוכו תלוי באוויר. חיוך – בלי חתול. תכונה – ללא הדבר עצמו. זו גם הסיבה שהשם "אפקט חתול צ'שייר" הוענק לתופעה קוונטית בה השתמשו ד"ר אליהו כהן ושותפיו, במאמר שפורסם בחודש שעבר במגזין "Nature Communication", אחד המגזינים היוקרתיים ביותר בעולם בתחום המדעים.

המחקר, שביצע ד"ר כהן מהפקולטה להנדסה עם פרופ' יקיר אהרונוב מאונ' תל אביב ופרופ' סנדו פופסקו מאונ' בריסטול, בחן פרוטוקולים חדשים להעברת מידע בעולם הקוונטי, והתמקד בשיטות קאונטר-פקטואליות. "השיטות האלה ייחודיות בכך שהצדדים מתקשרים כמעט מבלי להעביר ביניהם פוטונים או חלקיקים אחרים, ושונות באופן מהותי משיטות תקשורת קיימות, שבהן משתמשים במספר גדול של פוטונים על מנת להעביר מידע," מסביר ד"ר כהן. "היתרון, כמובן, הוא שהתקשורת הזו חסינה להאזנה של צד שלישי עוין - אם מישהו מנסה להאזין לתקשורת הוא לא רואה שום דבר שעובר - ולכן היא בטוחה יותר."

השיטה שנבחנה במחקר התבססה על "non-events" או "counterfactuals", דברים שהיו יכולים לקרות - אבל בסופו של דבר לא קרו. "הפקת מידע מ'לא אירוע' זה משהו שקיים ושאנחנו עושים אפילו בלי להיות מודעים לכך", אומר ד"ר כהן. "אם בעבר, למשל, היה אויב תוקף כפר, היו אנשיו עולים על הר גבוה ומדליקים מדורה, כדי להזהיר את הכפרים הסמוכים. ואם הם לא הדליקו מדורה? אז בכפרים הסמוכים ידעו שהכל בסדר, שהם יכולים להמשיך בחיים כרגיל. אז למרות שלא עבר מסר – עבר מידע. הבעיה, כמובן, מתחילה כשרוצים להודיע גם כשבא אויב וגם כשלא בא אויב, בלי להעביר שום חלקיקים. להגיד את הלא זה קל, כי לא עושים כלום – אבל להעביר באותה הזדמנות גם את הכן, בלי חלקיקים, זה בלתי אפשרי. כלומר, בעולם הקלאסי זה בלתי אפשרי. בעולם הקוונטי דווקא אפשר."

"בעולם הקוונטי אפשר ליצור סופר-פוזיציה, כלומר אפשר להכין את הפוטון, את החלקיק, בשני מקומות בו זמנית. ואם באחד משני המיקומים האלה קורה משהו - אפשר לגלות את זה כשמחברים את שני המיקומים, גם בלי לאבד בדרך את הפוטון. לשיטה הזו קוראים מדידה ללא אינטראקציה. ניסויים הראו שבזכות תכונת הסופר-פוזיציה אפשר לגלות אובייקט, לצורך העניין מסר שנשלח אלינו, מבלי שחלקיקים יבלעו בו. הצד השולח, למשל, יכול לשים ראי כשהוא שולח 1, ולא לשים ראי כשהוא שולח 0. האינפורמציה מקודדת מעצם זה שיש או אין ראי. הצד המקבל משתמש בפוטונים קוונטיים, הוא מכין אותם בסופר-פוזיציה ושם לב איך היא משתנה בהתאם לזה שיש או אין ראי, וכך הוא יודע אם צד א שלח לו 0 או 1."

והיכן חתול הצ'שייר? ובכן, "במחקר האחרון גילינו שהחלקיק באמת לא נמצא שם - אבל יש שם תכונה שלו, וזה מה שמאפשר לזהות שהייתה נוכחות שלו," מספר ד"ר כהן. "אם צד א' שולח, לדוגמה, כדור כחול: הכדור לא יהיה שם – אבל הצבע הכחול כן. התכונה נשארת, אלמנט מאוד קטן מהמכלול נשאר – וזה מה שעובר מצד לצד. החיוך, לא החתול; התכונה של החלקיק, לא החלקיק עצמו. במקרה הזה, גם כשהחלקיק לא קיים, עובר באופן רציף הקיטוב שלו: תכונה של גלים אלקטרו-מגנטיים ושל פוטונים בודדים, שאומרת מהו כיוון השדה. החלקיק עצמו, האנרגיה שלו, לא עוברת – אבל הקיטוב כן. ומטבע הדברים, הממצא הזה מפזר את המסתורין – אבל מעלה מסתורין חדש."