פריצת דרך במקורות אור: חוקרי הטכניון גילו ופיתחו מקורות אור חדשים הפולטים זוגות של פוטונים

שלושה פטנטים נרשמו סביב הגילוי והטכנולוגיה נמצאת בתהליכי מסחור מתקדמים; ניתן יהיה להשתמש בהתקנים החדשים לגילוי סרטן, ליצירת לייזרים מתקדמים ומדידות מדויקות, כמו גם לבניית תקשורת ומחשבים קואנטים

חוקרי הטכניון גילו ופיתחו מקורות אור חדשים הפולטים זוגות של פוטונים, דבר שיסייע בזיהוי סוגי מחלות סרטן, יצירת לייזרים מתקדמים ופולסים אופטיים קצרים ביותר וכן בניית תקשורת ומחשבים קואנטים. הטכניון רשם שלושה פטנטים על הגילוי ונמצא בהליכי מסחור של הטכנולוגיה.

“מקורות אור פולטים אור המורכב מפוטונים”, מסביר פרופסור מאיר אורנשטיין מהפקולטה להנדסת חשמל בטכניון. “קבוצתנו גילתה ופיתחה מקורות אור חדשים הפולטים זוגות של פוטונים ולא זרם של פוטונים”. הגילוי פורסם בכתב העת המדעי Nature Photonics  ועורר עניין רב בעולם המדעי. על האפשרות הפיסיקאלית של פליטת זוגות פוטונים – ידוע כבר עשרות שנים, אולם עד כה איש לא הצליח למדוד את התופעה בחומרים ישימים (היא נמדדה רק באטומים במצב גזי). חוקרי הטכניון החליטו לנסות למדוד אותה גם במצב מוצק ואכן הצליחו לעשות זאת בחומרים שהם מוליכים למחצה. אחרי שהם הדגימו את התופעה הפיסיקאלית – כאמור לראשונה במצב מוצק, הם בנו התקן LED מיוחד, אשר פולט זוגות פוטונים ולא זרם פוטונים. להישג המדעי הזה הגיעו פרופסור אורנשטיין והדוקטורנטים שלו – אלכס חיאט ופאבל גינצבורג, ובהמשך גם אמיר נבט.

“למקורות אור אשר פולטים זוגות פוטונים, יש תכונות שונות מאלה של מקורות האור המוכרים כיום”, מסביר פרופסור אורנשטיין.  “ראשית, ההתקן שלנו פולט בו זמנית תחום צבעים מאוד רחב, ובמיוחד בכל תחום האינפרא אדום –  דבר שאידאלי לחישה – למשל לזיהוי מזהמים או חומרים ביולוגיים. כדי לגלותם יש להאיר עליהם בתחום צבעים רחב מאוד. ה- LED הרגיל פולט אור בצבע מסויים ולא בצבעים רבים. תכונה נוספת של ההתקן שלנו, היא פליטה בפולסים מאוד קצרים בזמן, דבר המסייע למדידות מדויקות של זמנים ומרחקים. כמו כן, העובדה שכל זוג פוטונים נפלט בו-זמנית, יוצר בין הפוטונים האלו קשר קואנטי החיוני לבניית מחשבים ותקשורת קואנטים. כל אלו מיושמים ברכיב קטן מאוד הפועל בטמפרטורת החדר ועלותו נמוכה מאד”.

באחרונה דיווחו חוקרי הטכניון על עוד שתי פריצות דרך בתחום זה. במאמר בכתב העת המדעי Physical Review Letters דיווחו על הפעם הראשונה שבה נבנה מגבר אופטי של זוגות פוטונים במצב מוצק. במגבר אופטי כמות האור היוצאת מההתקן גדולה מכמות האור הנכנסת אליו וזו אבן הפינה הבסיסית עליה ניתן לבנות לייזר של זוגות פוטוניים. חוקרי הטכניון הצליחו גם לשלב את פליטת זוגות הפוטונים בתוך מבנים ננו-מטריים, ובכך הגדילו את עוצמת הפליטה פי אלף. הישג זה פורסם בכתב העת המדעי Nano Letters .