ד"ר יוסי פנפיל מגדל ננו-גבישים "פגומים" שיהוו בסיס לטכנולוגיה קוונטית

ננו-גבישים קולואידליים - חלקיקים זעירים מוליכים למחצה, המסונתזים בתמיסה - מוערכים בדרך כלל דווקא בזכות שלמותם. כימאים משכללים כבר עשרות שנים את שיטות הסינתזה שלהם כדי לקבל גבישים חסרי פגם בעלי יעילות מקסימלית, שגודלם בלבד קובע את צבע האור שהם פולטים וצורתם קובעת תכונות אופטיות כמו קיטוב. 

המחקר של ד"ר יוסי פנפיל, חבר סגל חדש בפקולטה וזוכה במענק בראשית מטעם הקרן הלאומית למדע, עושה בדיוק ההפך. במקום לשאוף לשלמות, המעבדה שלו מחליפה בכוונה אטום בודד בסריג הננו-גביש בזיהום שנבחר בקפידה, ויוצרת "מרכז צבע" - פגם נקודתי הפולט וקולט אור באורכי גל מסוימים ומעניק לגביש תכונות קוונטיות. "אני רוצה לייצר תכונות שנשמעות כמו מדע בדיוני, והדרך להגיע לזה היא דרך פגמים", מסביר ד"ר פנפיל.

מרכיב מרכזי במחקר הוא איתור השילובים הנכונים בין הפגם לחומר המארח, כך שהספין של הפגם ישמר מצב סופרפוזיציה קוונטית (קיום בו-זמני בשני מצבים) לאורך זמן ארוך - ואף בטמפרטורת החדר, בלי הצורך במערכות הקירור הקריוגניות הענקיות הנדרשות היום למחשבים קוונטיים כמו זה של גוגל. אותם מרכזי צבע משמשים גם כמקורות פוטונים בודדים להצפנה קוונטית, וגם כחיישנים קוונטיים רגישים לשדות מגנטיים ברזולוציה ננומטרית, לשימושים כמו ניווט ללא GPS והדמייה מעבר ליכולתם של גלאים קלאסיים. 

"ההשלכות הגאופוליטיות של המחשוב הקוונטי עשויות להיות משמעותיות אף יותר מהמרוץ לחלל של המאה הקודמת. זו לא רק היכולת לפרוץ הצפנות - זו היכולת לפתור בעיות שאנחנו פשוט לא יכולים לפתור היום, מגילוי חומרים חדשים ועד חיפוש תרופות למחלות", אומר ד"ר פנפיל. "כל מהפכת מחשוב מתחילה מפריצת דרך בחומרים. למחשוב הקלאסי היה סיליקון. אנחנו עדיין מחפשים את המקבילה שלו בטכנולוגיה הקוונטית - וזה בדיוק מה שהמעבדה שלי מנסה למצוא".

מענק בראשית היוקרתי הוא יוזמה לאומית רחבת היקף שנועדה לעודד השבה וקליטה של חוקרים צעירים מצטיינים המצטרפים לסגל האקדמי באוניברסיטאות המחקר בישראל לאחר ביצוע פוסט-דוקטורט בחו"ל. המענק מוענק לכ-15 חוקרים וחוקרות בשנה, ומבטיח מעטפת מימון למשך חמש שנים הכוללת מענקי מחקר נדיבים, תקציבי הקמת מעבדה וציוד, ומענק קליטה אישי. ד"ר פנפיל הוא אחד מארבעה חוקרים של בר-אילן שזכו השנה במענק.