הטכניון מקים מרכז מחקר לתחום ההנדסה הקוואנטית
30 מאי, 2016
המרכז המרכז יתמקד בפיתוח טכנולוגיות תעשייתיות המבוססות על מכניקת הקוונטים. חוקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה פורצת דרך לייצור מכ"ם אופטי המבוסס שימוש בעשרות על ננו-אנטנות
המרכז המרכז יתמקד בפיתוח טכנולוגיות תעשייתיות המבוססות על מכניקת הקוונטים. חוקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה פורצת דרך לייצור מכ"ם אופטי המבוסס שימוש בעשרות על ננו-אנטנות
הטכניון בחיפה מקים מרכז מחקר חדש אשר יתמקד בתחום המתפתח של הנדסה קוואנטית. תחום ההנדסה הקוואנטית ופיתוח טכנולוגיות חדשות המבוססות על מדעי הקוואנטום תופסים מקום הולך וגדל בפעילות המכון לננו-טכנולוגיה ע"ש ראסל ברי בטכניון. השבוע ייחנך המרכז להנדסה קוואנטית במהלך הכנס הבינלאומי ע"ש מארק ודיאן סיידן בהשתתפות כמה מהמדענים המובילים בעולם בתחום.
המרכז החדש, בשם Technion Center for Quantum Science Matter and Engineering, מיועד לתרגם את עקרונות מכניקת הקוואנטים לעולם ההנדסה ולפתח טכנולוגיות ישימות לתעשייה. המרכז יקיים שיתוף פעולה הדוק בין מומחי ננו-טכנולוגיה ומדענים בטכניון מתחומי התקשורת ותורת האינפורמציה, בעיקר מהפקולטות להנדסת חשמל ומדעי המחשב.
"המרכז להנדסה קוואנטית יתמקד באספקטים הקוונטיים של מיחשוב, תקשורת, חישה ועיבוד אותות," אומר פרופ' גדי איזנשטיין, ראש המכון לננו-טכנולוגיה ע"ש ראסל ברי בטכניון. "תחום החישה יזכה לתשומת לב מיוחדת בשל השלכותיו היישומיות הנרחבות בכל תחומי החיים".
במכון לננו-טכנולוגיה ע"ש ראסל ברי מאמינים כי השילוב הייחודי בין מחקר מדעי בסיסי לבין היכולות ההנדסיות המתקדמות של חוקרי הטכניון יהפוך את המרכז להנדסה קוואנטית בטכניון לאחד המרכזים המובילים מסוגו בעולם. חיוניותו של מרכז מסוג זה בטכניון ברורה לנוכח ניסיונו הרב והמוצלח בזיהוי מוקדם של צורכי התעשייה ושל הזדמנויות לפיתוח המשק הישראלי.
מכ"ם אופטי מסוג חדש לגמרי
דוגמא לסוג המחקרים שיאפיינו את המרכז החדש הוא פיתוח שבוצע לאחרונה על-ידי קבוצת המחקר של פרופ' ארז חסמן, אשר פיתחה טכנולוגיה לדחיסה של עשרות עדשות על משטח ננומטרי. כתב העת Science מדווח על טכנולוגיה חדשה שפיתחה קבוצת המחקר של פרופ' ארז חסמן מהפקולטה להנדסת מכונות ומכון ראסל ברי לננו-טכנולוגיה בטכניון. טכנולוגיה זו מאפשרת דחיסה של עשרות עדשות על משטח ננומטרי. יישומים אפשריים: פיתוח ובדיקה של רכיבי מזון ותרופות, חיבורי תקשורת ואותות תקשורת, שיגור אלומות אור למקומות הנדרשים, פיצול האור בקצה של סיב אופטי, חיבור של כמה אלומות אור, משקפי ראייה מולטיפוקליים ברמת דיוק חסרת תקדים, והתקנים למחשוב קוונטי.
"מקור ההשראה שלנו," מסביר פרופ' חסמן, "הוא המכ"ם הרגיל, המבוסס על פריסת אנטנות המשדרות וקולטות חזיתות-גל שונות. האתגר במעבר ממכ"ם של גלי רדיו למכ"ם אופטי קשור בעובדה שכאן מדובר באורכי גל קצרים הרבה יותר – באזור 0.5 מיקרון – ואורך האנטנה חייב להיות קטן מאורך הגל".
המחקר בוצע על ידי קבוצת המחקר לננו-אופטיקה בראשותו של פרופ' חסמן, שבה משתתפים תלמידי המחקר אלחנן מגיד, איגור יולביץ', דקל וקסלר והחוקר ד"ר ולדימיר קליינר, בשיתוף פרופ' מרק ברונגרסמה מאוניברסיטת סטנפורד. הקבוצה הראתה שבעזרת ערבוב מרחבי של אנטנות שונות ניתן לייצר חזיתות גל רבות ממִפְתָּח אופטי משותף. "הגישה שפיתחנו צפויה לחולל מהפכת פונקציונליוּת באופטיקה," מסביר פרופ' חסמן, "והיא מבוססת על שילוב בין קונספט המִפתח המשותף למטא-משטחים (Meta-Surfaces) – תחום שפיתחתי כבר בשנת 2001". השילוב הזה סולל דרך ליישום של רכיבים מולטי-פונקציונליים, כלומר רכיבים המסוגלים לבצע מספר פעולות בו זמנית, ולמעשה לסוגים חדשים של רכיבים אופטיים."
מטא-משטחים הם אלמנטים אופטיים דקים, כמאית מעובי השערה, שעליהם פרושות אנטנות זעירות (ננו-אנטנות). מיקומן וכיוונן של האנטנות קובע את תכונותיהם של הרכיבים האופטיים הזעירים, ולכן השליטה המדויקת בפריסת האנטנות חיונית לביצועי ההתקן. הקבוצה יישמה טכניקות ליצירת מערכי ננו-אנטנות במטרה להשיג ריבוי חזיתות גל מיוחדות, כגון אלומות אור בעלות תנע זוויתי. הישג זה שימש למדידה סימולטנית של הספקטרום והקיטוב של האור, המאפשר ניתוח ספקטרו-פולרימטרי משולב בשבב.
במאמר ב-Science, שנבחר לפרסום מוקדם על-ידי העורכים, מוצגות שיטות שונות ליישום של מולטי-פונקציונליות במטא-משטחים. הסידור הייחודי של הננו-אנטנות מאפשר לחוקרים למקד קרני אור ולהסיט אותן לכיוונים המבוקשים תוך שליטה בדרגת הסחרור (ספין) של הפוטון. הספין, כלומר התנע הזוויתי הפנימי, הוא תכונה של חלקיק האור המתארת את כיוון הסחרור של הפוטון.
החוקרים ניצלו תכונות אלו ופיתחו רכיב אשר מסוגל למדוד את אורך הגל וקיטוב האור בו זמנית, במדידה אחת. זהו למעשה ספקטרו-פולרימטר בגודל של כ-50 מיקרון, המאפשר את שילובו במערכות דיאגנוסטיקה קטנות ומתקדמות ברפואה ובתחומים אחרים. במאמר הציגו אפיון ואבחנה בין שני סוגי גלוקוז– שמאלי (L) וימני (D). מבחינה מורפולוגית, שני סוגי הגלוקוז הם אננטיומרים, כלומר תמונת מראה מדויקת זה של זה – כמו זוג ידיים. תכונה זו נקראת כיראליוּת. מאחר שהגלוקוז משנה את קיטוב האור מדדו החוקרים את תכונות האור המתפזר מתמיסת הגלוקוז באמצעות המטא-משטחים שפיתחו וכך הצליחו להבדיל בין שני סוגי הגלוקוז.
אבחנה זו בין שני סוגי הגלוקוז חשובה שכן ליונקים יש אנזימים שיודעים לפרק גלוקוז D אך לא גלוקוז L, ולכן רק אננטיומר D פעיל ביולוגית. יתר על כן, מאחר שמרבית המולקולות הביולוגיות הן כיראליות, לאבחנה בין האננטיומרים השלכות נרחבות בתעשיות התרופות והמזון. תלידומיד, לדוגמה – אותה תרופה נגד בחילות שגרמה בשנות החמישים לאלפי מקרים של מומים בקרב ילודים – התבססה על מולקולה כיראלית, שאננטיומר אחד שלה אכן מקל על בחילות בוקר של נשים בהריון אך השני פוגע בהתפתחות העובר.
פרופ' חסמן עומד בראש המעבדה למיקרו וננו-אופטיקה בפקולטה להנדסת מכונות וב-RBNI (מכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה) בטכניון. לדבריו, "מלבד הידע שצברנו כאן בעבודה של שנים רבות יש בטכניון תשתית מאוד מתקדמת ברמה עולמית, מה שמאפשר לנו לפתח ולייצר ננוטכנולוגיה חלוצית מאוד." הוא מציין בגאווה את מקומה של ישראל על מפת האופטיקה העולמית. "ישראל, ולא רק הטכניון, היא בהחלט אימפריה באופטיקה. יש כאן קבוצות מחקר מובילות בעולם כמו גם תעשייה מרשימה מאוד."
פרופ' חסמן השלים דוקטורט במכון ויצמן ולאחר מכן עבד והוביל פיתוח במשך עשור בתעשייה האזרחית והביטחונית. בשנת 1998, לנוכח המחסור במהנדסי אופטיקה, הוצע לו להקים בטכניון בפקולטה להנדסת מכונות מסלול להנדסה אופטית – והוא נענה להצעה. לדבריו, "כיום ברור שרקע הנדסי, נרחב ככל שיהיה, אינו שלם ללא רקע מדעי מעמיק, וזה הפער שאנחנו ממלאים כאן: הכשרת מהנדסים עם הבנה עמוקה במדעי האופטיקה. כיום המסלול הזה מספק לתעשייה בוגרים רבים עם ידע מעמיק באופטיקה, מכשיר דוקטורנטים רבים, ויש כבר אפילו פרופסורים באקדמיה שגדלו כאן במסלול להנדסה אופטית".
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
