וייטנאם וישראל בוחנות הרחבת שיתופי פעולה בתחום הטכנולוגיות הקוונטיות, בעקבות ביקור שערך שגריר וייטנאם בישראל, נגויין קי סון, בחברת Qarakal Quantum הישראלית. הביקור התמקד במחשוב קוונטי, בפיתוח תשתיות מחקר ובאפשרויות לשיתופי פעולה בין אוניברסיטאות, מכוני מחקר וחברות טכנולוגיה משתי המדינות.

במהלך הביקור נפגש השגריר עם מנכ"ל Qarakal Quantum, ד"ר ניסן משכיל, עם סמנכ"ל הטכנולוגיות פרופ' נדב כץ, ועם צוות המדענים והמהנדסים של החברה. בפגישה השתתפה גם אנה פליוורט, סגנית נשיא יישום, חברת מסחור הידע של האוניברסיטה העברית בירושלים.

נציגי Qarakal Quantum והאוניברסיטה העברית הציגו בפני המשלחת הווייטנאמית התפתחויות עדכניות בתחום המחשוב הקוונטי, וכן יישומים אפשריים של טכנולוגיות קוונטיות במדע, בתעשייה, בביטחון ובחדשנות. המשלחת סיירה במעבדות מחקר ובמתקני קירור על־מוליכים מתקדמים, וקיבלה סקירה על ארכיטקטורות ואלגוריתמים קוונטיים מהדור הבא.

עניין וייטנאמי בטכנולוגיות עומק

במהלך הביקור הוצג למשלחת גם המחשב הקוונטי הראשון בישראל המבוסס על פיתוח מקומי, מערכת בת 20 קיוביטים שפותחה באוניברסיטה העברית בשיתוף רשות החדשנות, התעשייה האווירית, האוניברסיטה ויישום. מערכת כזו היא תשתית מחקרית חשובה: היא אינה מיועדת עדיין להחליף מחשבי־על קלאסיים, אך היא מאפשרת לבחון רכיבי חומרה, שיטות בקרה, תיקון שגיאות ואלגוריתמים קוונטיים בסביבה ישראלית עצמאית.

השגריר סון הציג את סדר העדיפויות של וייטנאם במדע, חדשנות וטרנספורמציה דיגיטלית. לדבריו, וייטנאם מבקשת להשקיע בטכנולוגיות אסטרטגיות שיכולות לשפר פריון, לחזק את התחרותיות ולתמוך בביטחון הלאומי. בין התחומים שהוזכרו: בינה מלאכותית, שבבים, טכנולוגיות קוונטיות, ביוטכנולוגיה ותחומים מתקדמים נוספים.

לדבריו, וייטנאם עוקבת מקרוב אחר התקדמות המחקר הקוונטי בעולם, ובונה בהדרגה יכולות מקומיות באמצעות השקעה בכוח אדם איכותי, הרחבת מחקר בסיסי וחיזוק הקשר בין אוניברסיטאות, מכוני מחקר וחברות טכנולוגיה.

הזדמנות לשיתוף פעולה ישראלי־וייטנאמי

הביקור משתלב במגמה רחבה יותר שבה מדינות אסיה מחפשות גישה לטכנולוגיות עומק, ובהן מחשוב קוונטי, שבבים ובינה מלאכותית. עבור ישראל, מדובר בהזדמנות לחזק קשרים עם שווקים מתפתחים בעלי עניין גובר במחקר יישומי ובתשתיות חדשנות. עבור וייטנאם, שיתוף פעולה עם חברות ומוסדות מחקר ישראליים עשוי לתרום להכשרת כוח אדם, לפרויקטים מחקריים משותפים ולהעברת ידע בתחומים שעדיין נמצאים בשלבי בנייה במדינה.

השגריר שיבח את הישגי ישראל בהייטק ובמחשוב קוונטי, וקרא להעמקת הקשרים בין מוסדות אקדמיים, מרכזי מחקר וחברות טכנולוגיה בשתי המדינות. לפי הדיווח, הביקור צפוי לייצר תנופה לשיתופי פעולה רחבים יותר בין ישראל לוייטנאם בטכנולוגיות מתקדמות, כחלק מיעדי וייטנאם ארוכי הטווח במדע, חדשנות וטרנספורמציה דיגיטלית.

הפוסט וייטנאם וישראל בוחנות שיתוף פעולה בתחום המחשוב הקוונטי הופיע לראשונה ב-Chiportal.

מכון קמפנר לחקר הבינה הטבעית והמלאכותית באוניברסיטת הרווארד והמרכז למדעי המוח על שם אדמונד ולילי ספרא, ELSC, באוניברסיטה העברית בירושלים, הודיעו על שיתוף פעולה חדש בתחום NeuroAI. זהו תחום מחקר מתפתח המחבר בין  מדעי המוח, בינה מלאכותית, מדעי הקוגניציה ולמידת מכונה.

שיתוף הפעולה נועד לחזק את הקשרים בין קהילות המחקר בשני המוסדות. הוא יכלול חילופי ידע בין חברי סגל וחוקרים צעירים, סדנאות, מפגשים אקדמיים ופעילויות משותפות נוספות. מטרת המהלך היא להניח תשתית ליוזמות מחקר עתידיות, שיבחנו כיצד מערכות ביולוגיות ומערכות מלאכותיות לומדות, מייצגות מידע, חוזות אירועים ומתאימות את התנהגותן לסביבות מורכבות.

תחום NeuroAI מבקש להבין אינטליגנציה על פני רצף רחב של מערכות, מהמוח האנושי ומוחות בעלי חיים ועד מודלים חישוביים ומערכות בינה מלאכותית. מצד אחד, חוקרים משתמשים בכלי AI מתקדמים כדי לפענח כיצד המוח לומד, מחשב ומסתגל. מצד אחר, הם שואבים השראה ממערכות ביולוגיות כדי לפתח מערכות AI יעילות, יציבות ואמינות יותר.

מכון קמפנר בהרווארד הוא מכון בין־תחומי העוסק בחקר אינטליגנציה במערכות טבעיות ומלאכותיות, ומאגד חוקרים בתחומים כמו למידת מכונה, מדעי המוח ומדעי הקוגניציה. לפי אתר המכון, משימתו המרכזית היא לקדם את חקר האינטליגנציה ולפתח פתרונות לבעיות מורכבות לטובת האנושות. (Kempner Institute)

המרכז למדעי המוח על שם אדמונד ולילי ספרא באוניברסיטה העברית הוא אחד המרכזים הבולטים בישראל למדעי המוח החישוביים. לפי אתר המרכז, ELSC פועל לחיבור בין מחקר קוגניטיבי, ביולוגי וחישובי, במטרה לקדם תגליות חדשות בחקר המוח. (elsc.huji.ac.il)

שיתוף הפעולה החדש נשען גם על קשרים קיימים בין החוקרים בשני המוסדות. בין הדמויות המחברות בין הקהילות נמצא פרופ' חיים סומפולינסקי, חבר סגל עמית במכון קמפנר ופרופסור אמריטוס ב־ELSC; פרופ' דפנה ויינשל מהאוניברסיטה העברית, המשמשת חוקרת אורחת במכון קמפנר; וד"ר יונתן קדמון מ־ELSC, שהיה בעבר חוקר אורח בהרווארד.

המהלך משקף מגמה רחבה יותר במדעי המוח ובבינה מלאכותית: מעבר ממחקר נפרד של מוח ומחשב אל חקר משותף של עקרונות אינטליגנציה. בתחום זה, הבנת המוח עשויה לסייע בבניית מערכות AI טובות יותר, ואילו כלי בינה מלאכותית עשויים לספק למדענים דרכים חדשות לנתח פעילות מוחית ולפענח מנגנוני למידה, זיכרון וקבלת החלטות.

בהודעה על שיתוף הפעולה נמסר כי שני המוסדות רואים בו צעד לקידום  מדע האינטליגנציה ולתרגום תובנות בסיסיות מביולוגיה ומחישוב לטכנולוגיות עתידיות. עבור האוניברסיטה העברית, החיבור להרווארד בתחום NeuroAI מחזק את מעמדה בזירה הבין־לאומית של מדעי המוח החישוביים והבינה המלאכותית.

הפוסט הרווארד והאוניברסיטה העברית ישתפו פעולה במחקר NeuroAI הופיע לראשונה ב-Chiportal.

פרופ' פרדי גבאי, חבר סגל במכון להנדסת חשמל ופיזיקה יישומית באוניברסיטה העברית, יציג בכנס ChipEx2026 בתל אביב עבודה מחקרית העוסקת בשילוב בינה מלאכותית בתוך תהליך תכנון השבבים. גבאי הגיע לאקדמיה לאחר 27 שנים בתעשייה, בעיקר בתחום השבבים. רוב שנותיו בתעשייה עברו עליו במלנוקס (כיום Nvidia), שבה היה חלק מהצוותים הראשונים של החברה. בתפקידו האחרון שימש סמנכ"ל פיתוח שבבים וסמנכ"ל  Back-End. בשנתיים האחרונות הוא חוקר באוניברסיטה העברית, ובשנה האחרונה הקים בה את  VLSI Systems Research Lab  – מעבדה לפיתוח ולמחקר מערכות  VLSI.

המעבדה, שאותה מוביל גבאי יחד עם שרית שוימר, בכירה לשעבר באינטל עם 27 שנות ניסיון בתעשייה וכיום מנהלת המעבדה ושותפה למחקר, מונה כיום כעשרה סטודנטים לתואר שני ושלישי. תחומי המחקר שלה משקפים את המעבר של תעשיית השבבים לעידן שבו הביצועים לבדם אינם מספיקים. המעבדה עוסקת בארכיטקטורות מחשב, מאיצים חישוביים ל-Generative AI ול-Agentic AI, תכנון פיזי של שבבים, אמינות, הזדקנות טרנזיסטורים וכלים מבוססי AI שמטרתם לסייע למהנדסים בשלבי התכנון והאימות.

לדברי פרופ' גבאי, אחד מכיווני המחקר המרכזיים במעבדה הוא חישובים מקורבים (approximate computing). במקום לבצע כל פעולת כפל מטריצות בדיוק מלא, החוקרים מנצלים את העובדה שמודלי AI רבים עמידים לרעש ולשגיאות קטנות. גישה זו יכולה לחסוך שטח סיליקון, להאיץ ביצועים ולהפחית צריכת אנרגיה, תוך פגיעה קטנה יחסית בדיוק המודל. כיוון נוסף עוסק בהתמודדות עם “קיר הזיכרון” – צוואר הבקבוק שנוצר כאשר הגישה לזיכרון נעשית יקרה בהרבה מהחישוב עצמו מבחינת זמן ואנרגיה. כאן בוחנת המעבדה שימוש בדחיסה מאבדת מידע, שמקטינה את נפח הנתונים הנשמרים בזיכרון ואת רוחב הפס הנדרש לגישה אליהם.

העבודה שתוצג ב ChipEx2026 -אשר נעשתה יחד עם הסטודנטים עידו פרחומובסקי, מוחמד עומרי ואיתי יונתנוב, מתמקדת באתגר אחר, אך קשור: אמינות שבבים בשלבי התכנון הפיזי. אחת התופעות הקריטיות בשבבים מתקדמים היא Dynamic Voltage Drop – נפילת מתח דינמית בתוך השבב. כאשר אלמנטים לוגיים רבים מתמתגים בו־זמנית, הם מושכים זרם מרשת האספקה של השבב. מכיוון שברשת האספקה ובאריזת השבב קיימות התנגדות והשראות, משיכת הזרם גורמת לנפילת מתח מקומית. ירידה זו אינה משפיעה רק על התא הלוגי שמתמתג, אלא גם על סביבתו, ועלולה לגרום להאטה בתזמון, לשגיאות חישבויות ולבעיות אמינות.

בתהליכי הפיתוח המקובלים, בעיות מסוג זה נבדקות באמצעות סימולציות כבדות בכלי  EDA. אלה כלים מדויקים, אך הרצתם עשויה להימשך ימים ואף שבועות. בעיה נוספת היא שהתהליך מתבצע לעיתים בשלבים מאוחרים מאוד, סמוך ל-.tapeout  אם מתגלות בעיות בשלב זה, חלון הזמן לתיקון מצטמצם מאוד, והתיקון עלול להיות יקר ומורכב.

הפתרון שמציגים גבאי והסטודנטים במעבדתו הוא מודל מבוסס AI, שאומן על בסיס מערך נתונים גדול ונועד לזהות מוקדם אזורים בעייתיים מבחינת נפילות מתח דינמיות. לדברי גבאי, לאחר שלב האימון זמן הריצה של המודל מהיר פי 25 אלף לעומת הרצה מלאה בכלי סימולציה סטנדרטי, והדיוק שלו מגיע לכ-94%. המודל אינו מחליף את כלי ה- EDA ואינו מבטל את הצורך בסימולציות סופיות, אך הוא מאפשר למהנדסים לאתר מוקדם את הבעיות המרכזיות, למקד את הריצות הכבדות ולהקטין את הסיכון להפתעות בשלב ה- sign-off.

סיוע למהנדס, לא החלפתו

גבאי מתאר את הגישה הזו כ-AI Core Pilots –  טייסי משנה מבוססי בינה מלאכותית לכלי EDA . הדגש הוא על סיוע למהנדס, לא על החלפתו. בעולם שבו תכנון שבב מתקדם מייצר כמויות עצומות של לוגים, סימולציות ונתוני תכנון, חלק מהמידע הזה יכול להפוך לחומר גלם לאימון מודלים פנימיים. חברות שבבים, לדבריו, אינן חייבות להמתין עד שכל היכולות האלה ישולבו בכלים המסחריים. הן יכולות לפתח כבר כיום יכולות פנימיות, מבוקרות וממוקדות, שיזהו מוקדם בעיות חוזרות ויקצרו תהליכי פיתוח.

עם זאת, כניסת AI לתהליך תכנון השבבים אינה מפחיתה את הצורך במהנדסים בעלי עומק מקצועי. להפך. כאשר מודל מסמן אזור בעייתי או מציע תיקון, המהנדס חייב להבין אם ההמלצה נכונה, האם היא רלוונטית למבנה השבב ומה המשמעות שלה מבחינת תזמון, שטח, הספק ואמינות. לכן גבאי מדגיש גם את חשיבות האקספלנביליות (Explainable AI) – היכולת של מערכת AI להסביר מדוע סימנה בעיה מסוימת או מדוע המליצה על פעולה מסוימת. בתהליכי תכנון קריטיים, שבהם נדרשים אחריות, בדיקות והוכחת תקינות, כלי AI שאינם ניתנים להסבר יתקשו להשתלב באופן מלא.

הזווית הרחבה יותר של העבודה קשורה גם למקומה של האקדמיה בהכשרת כוח האדם לתעשיית השבבים. לדברי גבאי, תחום השבבים וה-VLSI מתפתח כיום באוניברסיטה העברית בצורה משמעותית. במכון להנדסת חשמל ופיזיקה יישומית לומדים כ-600 סטודנטים לתואר ראשון, ולצידם יותר מ-100 סטודנטים לתארים מתקדמים. המעבדה החדשה מבקשת למצב את עצמה כאחת המעבדות המובילות בארץ בתחום, והיא מקיימת שיתופי פעולה עם מעבדות נוספות בישראל ובעולם.

שיתופי הפעולה עם התעשייה הם חלק מרכזי במודל הפעולה של המעבדה. גבאי מציין כי המעבדה מצוידת בין היתר בטסטר שהתקבל כתרומה מחברת Teradyne וכי מודלי ה-AI שלה רצים על שרת DGX של אנבידיה שניתן למעבדה. נוסף על כך מתקיימים שיתופי פעולה הדוקים עם קיידנס וסינופסיס, הן במחקר והן בהכשרה אקדמית. חברות נוספות המעורבות בשיתופי פעולה או בתמיכה במחקר ובהכשרה כוללות את סמסונג, אינטל, Altera, אפל, RubyEDA וחברות נוספות בתעשייה.

המסר של גבאי לתעשייה הוא שהצורך בכוח אדם עמוק ומיומן רק הולך וגובר. תעשיית השבבים אינה זקוקה רק למהנדסים שמכירים את הכלים, אלא למהנדסים שמבינים את עקרונות התכנון, הפיזיקה, האמינות והאלגוריתמיקה שמאחורי הכלים. המעבדה באוניברסיטה העברית מבקשת למלא בדיוק את התפקיד הזה: להכשיר דור חדש של מהנדסים וחוקרים שמסוגלים לעבוד בחזית שבין סיליקון, כלי תכנון ובינה מלאכותית.

העבודה של גבאי ומעבדתו ממחישה כיוון רחב יותר בתעשייה: AI כבר אינה רק עומס עבודה שרץ על שבבים מתקדמים. היא מתחילה להפוך לכלי עבודה בתוך תהליך התכנון של אותם שבבים. אם בעשור האחרון תעשיית השבבים בנתה את התשתית למהפכת הבינה המלאכותית, בשנים הקרובות צפויה הבינה המלאכותית להשפיע יותר ויותר גם על הדרך שבה מתכננים, מאמתים ומייצרים את הדור הבא של השבבים.

הפוסט לקראת ChipEx2026: פרופ' גבאי יחשוף בכנס כיצד ניתן בעזרת בינה מלאכותית לזהות בעיות אמינות בשלבי התכנון המוקדמים הופיע לראשונה ב-Chiportal.

קרן משפחת פולסון הודיעה על תרומה נוספת של 19 מיליון דולר לאוניברסיטה העברית. יחד עם התרומה הקודמת של הקרן בסך 27 מיליון דולר, סך התרומה מגיע ל-46 מיליון דולר. התרומה תשמש להרחבת קומפלקס מחקר והוראה חדיש המוקדש לתחומי STEM החיוניים לעתיד ההייטק של ישראל. התרומות המשולבות מייצגות אחת התרומות הגדולות ביותר שקיבלה אי פעם האוניברסיטה העברית, ומייצגות השקעה משמעותית בהשכלה הגבוהה ובחדשנות בישראל.

שתי התרומות מיועדות להרחבת קומפלקס חדשני בקמפוס אדמונד ג'יי ספרא בגבעת רם, ירושלים. הקומפלקס יכלול את בניין פולסון בר-אל למדעי המחשב והנדסה ואת בניין ג'ון פולסון להנדסת חשמל , שיתמכו במחקר והוראה בתחומים כמו הנדסת חשמל, פיזיקה שימושית ומדעי המחשב.

"ישראל הדהימה את העולם עם החידושים הטכנולוגיים שלה. מענקים אלה נועדו לספק תמיכה נחוצה ביותר לחינוך הדור הבא של מנהיגים טכנולוגיים במדעי המחשב ובהנדסה", אמר ג'ון פולסון, מייסד ויו"ר קרן משפחת פולסון."

ישנן שלוש סיבות עיקריות המניעות אותי לתת את המתנה המוגדלת הזו:

2. כמדינה קטנה, ישראל ניצבת בפני אתגרים כלכליים עצומים. כדי לספק השכלה גבוהה מצוינת לאזרחיה, אוניברסיטאות ישראליות זקוקות לתמיכה פילנתרופית חיצונית.

"אני לא יכול לחשוב על אוניברסיטה ראויה יותר לתמיכה פילנתרופית מאשר האוניברסיטה העברית כרגע", אמר מר פולסון.

"עם כניסתה של האוניברסיטה העברית בירושלים למאה השנייה לחייה, אנו אסירי תודה עמוקות לג'ון פולסון על תמיכתו המשמעותית – ידיד אמיתי של האוניברסיטה", אמר פרופ' תמיר שפר , נשיא האוניברסיטה העברית. "השקעה יוצאת דופן זו בעתידה של ישראל משקפת את הבנתו העמוקה את התפקיד שממלאים מדע וטכנולוגיה מתקדמים בחוסן הכלכלי של ישראל ובמעמדה העולמי. על ידי איחוד מעבדות הוראה ותשתיות מחקר ברמה עולמית, אנו מעצימים חוקרים וסטודנטים כאחד להאיץ את החדשנות ולחזק את מנהיגותה של ישראל בתחום ההייטק".

פרופ' שפר הוסיף, "אני מביע את תודתי העמוקה לג'ון פולסון, דוקטור לשם כבוד של האוניברסיטה העברית, ולקרן משפחת פולסון על חזונם, נדיבותם ושותפותם המתמשכת במשימתנו להוביל מחקר חלוצי בתחומים מדעיים המתפתחים במהירות".

נשיא האוניברסיטה העברית, תמיר שפר, ייפגש עם ג'ון פולסון בינואר בפלורידה. הפגישה מדגישה את השותפות ההדוקה בין הקרן לאוניברסיטה, כמו גם את המחויבות המשותפת לקידום מצוינות מדעית ומנהיגות טכנולוגית בישראל.

הפוסט קרן משפחת פולסון תרמה 19 מיליון דולר נוספים לאוניברסיטה העברית למימון בניין חדש להנדסת חשמל הופיע לראשונה ב-Chiportal.

חוקרים פיתחו מסגרת חדשנית בשם Annotatability שמספקת גישה רבת עוצמה להתמודד עם אחד האתגרים המרכזיים במחקר ביולוגי: הבנת האופן שבו רשתות עצביות מלאכותיות לומדות לתייג נתונים גנומיים.

נתונים גנומיים רבים מכילים כמויות עצומות של דוגמאות מתויגות, אך לעיתים קרובות תיוגים אלו שגויים או מעורפלים. בהשראת פריצות דרך עדכניות בתחומי עיבוד שפה טבעית וראייה ממוחשבת, השתמשו החוקרים ברשתות עצביות מלאכותיות (ANNs) בדרך לא שגרתית: במקום להשתמש ברשתות רק לצורך תחזיות, הם בחנו את רמת הקושי שלהן בלמידת תיוגים שונים של דוגמאות ביולוגיות.

בדומה לבחינת הקושי של תלמידים במצבים חינוכיים שונים, החוקרים השתמשו במידע הייחודי הזה כדי לזהות חוסר התאמה בנתוני תיוג תאים, לשפר את הבנת הנתונים ולגלות מסלולים תאיים קריטיים הקשורים להתפתחות ולמחלות. Annotatability מספקת שיטה מדויקת יותר לניתוח נתונים גנומיים ברמת תא יחיד, עם פוטנציאל משמעותי לקידום מחקר ביולוגי ובטווח הארוך לשיפור באבחון ובטיפול במחלות.

המחקר, בהובלת יונתן קרין, רשף מינטז, ד"ר ברק רווה וד"ר מור ניצן מהאוניברסיטה העברית, פורסם בכתב העת Nature Computational Science. המחקר מציע מסגרת חדשה לפרשנות נתוני אומיקס ברמת תא יחיד ובמיקומים מרחביים, באמצעות מעקב אחרי דינמיקת האימון של רשתות נוירונים עמוקות.

נתוני אומיקס ברמת תא יחיד וברמת מיקום מרחבי חוללו מהפכה ביכולתנו לחקור את המגוון התאי ואת התנהגות התאים בבריאות ובמחלות. עם זאת, ניתוח נתונים רב-ממדיים אלו מאתגר, בעיקר בשל הקושי לייחס תיוגים מדויקים וסופיים, כגון סוגי תאים או מצבים, לאוכלוסיות תאים הטרוגניות. תיוגים אלו לעיתים קרובות סובלים מסובייקטיביות, רעש וחוסר שלמות, מה שמקשה על הפקת תובנות משמעותיות מהנתונים.

טכניקות מתקדמות לזיהוי מסלולים תאיים

Annotatability עוזרת לזהות חוסר התאמות בנתוני התיוג ולתאר טוב יותר את המבנים הביולוגיים שבנתונים. באמצעות מעקב אחר דינמיקות וקושי באימון רשת נוירונים עמוקה, המסגרת מזהה אזורים שבהם תיוגי תאים מעורפלים או שגויים. בנוסף, היא מדגישה מצבי ביניים של תאים ואת אופייה הרציף והמורכב של התפתחות תאים.

במסגרת המחקר פותחה שיטת "השקעת גרפים מודעת אותות" (signal-aware graph embedding) שמאפשרת אנליזה מדויקת יותר של אותות ביולוגיים. טכניקה זו מזהה קהילות תאיות הקשורות לאותות יעד ומספקת כלים לחקר הטרוגניות תאית, מסלולי התפתחות ומסלולי מחלה.

המחקר מדגים את היישום של Annotatability על מגוון נתוני RNA מרמת תא יחיד ונתוני אומיקס מרחביים. ממצאים בולטים כוללים זיהוי תיוגים שגויים, אפיון מדויק של מצבים תאיים הקשורים להתפתחות ולמחלות, ושיפור הבנת ההטרוגניות התאית. תוצאות אלו מדגישות את הפוטנציאל של המסגרת לפענוח תהליכים תאיים מורכבים ולקידום ההבנה של בריאות ומחלות ברמת תא יחיד.

עבודת החוקרים מייצגת התקדמות משמעותית בפרשנות נתונים גנומיים ומציעה כלי רב עוצמה לחקר המגוון התאי. הכלים שפותחו עשויים לשפר את היכולת לחקור דינמיקות בריאות ומחלות ולהוות בסיס לשיפורים באבחון מחלות ובטיפול בהן.

למאמר המדעי ב-NATURE

הפוסט שיטה חדשה עוקבת אחר "עקומת הלמידה" של בינה מלאכותית לפענוח נתונים גנומיים מורכבים הופיע לראשונה ב-Chiportal.

במפגש הסיליקון קלאב, שנערך בבית IBM בפתח תקווה, הציג פרופ' עידן שגב, חוקר מדעי המוח ממרכז אדמונד ולילי ספרא באוניברסיטה העברית, תובנות חדשניות על הקשר בין חקר המוח האנושי לפיתוח בינה מלאכותית. בהרצאה סוחפת, הוא הדגיש את החשיבות של הבנת המוח האנושי כבסיס לשיפור טכנולוגיות AI, תוך שימת דגש על היעילות האנרגטית המדהימה של המוח, כמו גם על מורכבותו המבנית. "כיצד ניתן לבצע חישובים מורכבים באופן מקבילי ויעיל אנרגטית, כדי ליצור לנו ״פרטנרים״ מלאכותיים מעוררי-השראה, שיעזרו לנו להבין את מוחנו שלנו, לתקן אותו ולשכלל את יכולותיו החבויות בו מזה 300,000 שנה – מאז נוצר המין האנושי".

"המוח האנושי הוא מקור השראה למערכות AI," ציין פרופ' שגב. "למרות ההתקדמות המרשימה, רשתות העצבים המלאכותיות שאנו מכירים כיום, מוגבלות לעומת היכולות האנושיות, במיוחד בכל הקשור לצריכת אנרגיה ולביצוע חישובים."

בין המוח ל-AI

פרופ' שגב הסביר כיצד חקר המוח תורם להבנת עקרונות החישוב של הבינה המלאכותית. הוא ציין כי בעוד המוח מבצע חישובים מקומיים רבים באמצעות מבנה סינפסות ותאי עצב, מערכות AI עכשוויות מסתמכות על חישובים דיגיטליים ליניאריים, הצורכים כמויות אדירות של אנרגיה. "המוח פועל ב-20 וואט בלבד," הדגיש, "לעומת המחשבים הנוכחיים, שמבצעים משימות דומות בצריכת אנרגיה של מגה-וואטים."

שגב הדגים את השפעת המבנה הייחודי של תאי העצב על יעילות החישובים, והציג את חזונו לפיתוח חומרה ניורומורפית – מערכות חישוביות המדמות את מבנה ותפקוד המוח, במטרה לשפר ביצועים ולהפחית עלויות אנרגיה.

חקר המוח ברזולוציה גבוהה

בהרצאה הוצגו שיטות חדשות למיפוי מוח האדם והחיבוריות בין תאי העצב ברמות שונות, החל ממיקרו ועד מאקרו. מיפויים אלו מאפשרים הבנה מעמיקה של ארכיטקטורת המוח, שיכולה להוות בסיס לבניית רשתות עצבים מלאכותיות מתקדמות, המסוגלות לפעול בצורה טבעית ויעילה יותר.

  NeuroAIהוא תחום מחקר חדש, המנסה לגשר בין ההבנה שלנו באשר לאופן שבו המוח מבצע חישובי AI  (נכון יותר לומר, BI  – (Biological Intelligence    לבין היכולת שלנו לפתח מכונות אינטליגנטיות, לומדות, הפותרות בעיות מדעיות, מתכננות את העתיד, יוצרות ״חדש מאין״. כבר היום ״המכונות הלומדות״ – ״הרשתות העמוקות״ – עליהן מבוססים המודלים המשמשים את ה AI – כגון  ChatGPT –  שאבנו מהמוח השראה – “נוירון מלאכותי”, “רשת עצבית עמוקה” ו”למידה סינפטית”. למוח מסתבר, ישנם עוד ״פטנטים״ המאפשרים לנו לעשות את כל ״נפלאות המוח״ – דיבור, זיהוי פנים, תנועה בעולם מרכב, מדע ואמנות. אם נבין את העקרונות הפיזיקליים והחישוביים המאפשרים למוח לבצע, ביעילות רבה כל כך, את המשימות האלה,  נוכל להמשיך ולקבל השראה מממנו על מנת לבנות מכונות עם ביצועים מתקדמים מאד תוך צריכת אנרגיה מזערית. 

ואכן, המעבדים הדיגיטליים המשמשים היום לחישובי ״האינטיליגנציה המלאכותית״ דורשים פי כמיליון יותר אנרגיה לעומת המוח, הצורך כ-20 וואט בלבד. השאלה הגדולה היא כיצד המוח מצליח לבצע במקביל מגוון חישובים מורכבים כמעט ללא "חשבון חשמל״? 

אחד המרכיבים הייחודיים במוח הוא הנוירון, אבן הבניין הבסיסית שלו, שבה חלק מרכזי מהתהליכים החישוביים נעשים בצורה אנלוגית, זולה אנרגטית, וחלק אחר – האותות העוברים ביחידת הפלט שלו, באקסון – הם דיגיטליים ויקרים יותר מבחינה אנרגטית. שילוב זה בין חישוב אנלוגי בחלק אחד של המיקרוצי׳פ המוחי לחישוב דיגיטלי בחלק אחר שלו הוא ״פטנט״ מיוחד שהמוח פיתח, אך עדיין לא מוצה ברשתות העצביות המלאכותיות. גם ארכיטקטורת הקשרים במוח שונה מאד מזו שברשתות המלאכותיות ״העמוקות״ שבנינו, וגם לזה תפקיד חשוב בהצלחת המוח לחשב חישובים באופן יעיל כל-כך. 

הפוסט פרופ' עידן שגב: כיצד המוח האנושי מלמד אותנו לבנות בינה מלאכותית חכמה יותר הופיע לראשונה ב-Chiportal.

התעשייה האווירית, האוניברסיטה העברית, רשות החדשנות ו"יישום- החברה לפיתוח המחקר של האוניברסיטה העברית" מודיעות על הפעלתו של המחשב הקוונטי הראשון תוצרת כחול לבן בטכנולוגיית על מוליך. המחשב הקוונטי פותח בהובלת המאגד של רשות החדשנות  ובשיתוף פעולה אסטרטגי בין התעשייה האווירית, האוניברסיטה העברית וחברת יישום. שיתוף הפעולה כולל הקמת תשתית של מחשב קוונטי מבוסס טכנולוגיה על-מוליכה, יחד עם סביבת פיתוח ואינטגרציה. פיתוחים אלו מהווים בסיס ידע אסטרטגי עבור מדינת ישראל ומתאימים ליישומים ביטחוניים ואזרחיים.

המרוץ ל-'עליונות קוונטית' צבר בשנים האחרונות תאוצה, וזאת לנוכח פריצות דרך חדשות בתחום. כעת, מעצמות רבות וביניהן מדינת ישראל, עומלות על בנית תשתיות ופיתוח מחשבים קוונטיים – כאלו שישנו מקצה-לקצה את עולמות המחשוב בתחומי הצבא, תעשייה, מחקר ופיתוח ועוד. בשנים האחרונות השקיעה התעשייה האווירית מאמצים כבירים להגדלת הפעילות הקוונטית שלה, וכעת נחשבת החברה לכוח בולט ומשמעותי עם השקת המחשב הקוונטי הראשון מתוצרת כחול-לבן. 

מעבדת מחשוב קוונטי של חברת QHIPU QUANTUM   תרכז יכולת תכנון, סימולציה ,אינטגרציה והתאמת אפליקציות יישומיות של מחשב קוונטי בטכנולוגית על מוליך. הפעילות מתבצעת תוך שת"פ עם חברות ומכוני מחקר בארץ ובעולם.

שיתוף הפעולה בין הממשלה, האקדמיה והמגזר העסקי מהווה יתרון אל מול החברות הזרות המתחרות בתחום, ויסייע במיצובה של ישראל כמובילה עולמית במחשוב קוונטי.

ישי פרנקל, מנכ"ל האוניברסיטה העברית מציין כי: "צוות החוקרים שעובד על הפרויקט העתידני הזה הוא מהמובילים באוניברסיטה העברית. אין לי ספק ששיתוף הפעולה בין הגורמים בפרויקט מביא לשולחן רב-תחומיות ברוכה ויביא לתוצאות חשובות עבור המחקר בתחום וחיזוק מעמדה המדעי והטכנולוגי של מדינת ישראל. עם כניסתה של האוניברסיטה העברית לשנת ה- 100 להיווסדה, סמיכות האירועים מעוררת השראה: מהקמת המכון המחקרי המדעי הראשון בארץ ישראל בשנת 1925 בקמפוס הר הצופים בירושלים ועד להשקת המחשב הקוונטי הכחול לבן הראשון".

בועז לוי, מנכ"ל התעשייה האווירית: ״טכנולוגיות הקוונטים עתידות לשדרג מהותית את היכולות האנושיות במגוון עולמות רחב, והתעשייה האווירית מובילה בגאווה את מדינת ישראל בדרכה להיות מעצמה עולמית בתחום זה. בשנים האחרונות פיתחה התעשייה האווירית מיזמים בתחומי הרובוטיקה, האוטונומיה, הסייבר והבינה המלאכותית ששולבו בקווים העסקיים של החברה, חלקם בשיתוף פעולה עם חברות הזנק ועם האקדמיה. המפתח לשמירה על כוחן של התעשיות הביטחוניות בישראל, טמון, בין היתר, בשיתופי פעולה בין האקדמיה לחברות הזנק ולתעשייה, וכן עם גופי ממשל. את הטכנולוגיה לומדים באקדמיה ומיישמים בתעשייה – וזהו מכפיל כח עבור עם ישראל. כדי לנצח במערכה העתידית, זקוקה מדינת ישראל לטכנולוגיה מתקדמת; זהו המצפן שלנו כתעשייה ביטחונית ישראלית מובילה, להקדים תמיד את האויב, לצפות כל העת כמה צעדים לפניו, ולפתח את המענה לאיום – עוד לפני שיכולת האיום הזה קיימת אצלו".

דרור בין, מנכ״ל רשות החדשנות: ״למרות שלמחשוב הקוונטי יש עוד דרך עד להבשלה הוא טומן בחובו פוטנציאל טכנולוגי אדיר לשדרג את עוצמת המחשוב העומדת לרשות האנושות ולהאיץ תהליכי מחקר ופיתוח באופן שטרם נראה כמותו. עוצמה זו תשפיע בצורה דרמטית על המדע ועל תעשיית ההייטק העולמית. ישראל, כהאב חדשנות גלובלי, חייבת גם היא להיות בחזית הטכנולוגית הזו והשקת המחשב הקוונטי הישראלי הראשון, היום, מהווה אבן דרך חשובה במאמץ זה. המחשב הקוונטי הישראלי הראשון אינו יוזמה בודדת אלא חלק מאסטרטגיה רחבה שאנו מובילים ברשות החדשנות לקידום טכנולוגיות פורצות דרך במגוון תחומים. במסגרת זו, הושקה מוקדם יותר השנה מעבדת המו”פ למחשוב קוונטי בתל אביב, המהווה נדבך מרכזי בתשתיות המחקר והפיתוח של ישראל בתחום זה. פעילות זו הינה חלק מהתכנית הלאומית למחשוב קוונטי וביחד עם השקעות אחרות מטרתה לשמור על המובילות הטכנולוגית של ישראל בכדי לשמר את התחרותיות שלה בתעשיית ההייטק הגלובלית ולהביא לצמיחה כלכלית מתמשכת״.

***

בתמונות:

1. אירוע השקת המחשב הקוונטי באוניברסיטה העברית

(קרדיט: התעשייה האווירית)

הפוסט המחשב הקוונטי הראשון תוצרת ישראל בטכנולוגיית על מוליך החל לפעול הופיע לראשונה ב-Chiportal.

מחשב קוונטי, שמדענים רבים שואפים לפתחו, יתבסס על מכניקת הקוונטים – תורה פיזיקלית שמתארת את התנהגות הטבע בקנה מידה זעיר ביותר. כלומר, את עולם החלקיקים. התשתית המובילה של המחשוב הקוונטי היא מעגלים חשמליים מוליכי-על (אשר מוליכים זרם חשמלי ללא התנגדות), ועיקרון הפעולה המרכזי שלו הוא סופרפוזיציה – תופעה קוונטית שבה מערכת אחת יכולה להימצא בשני מצבים בו-זמנית. במחשב הקוונטי, מערכת זו היא הקיוביט – הביט הקוונטי – שיכול להיות בו-זמנית גם 0 וגם 1 (בניגוד לביטים במחשב רגיל שיכולים להיות במצב פעולה אחד בכל פעם, 0 או 1). לכן הוא בעל כוח חישוב פוטנציאלי אדיר.

מה השאלה? כיצד אפשר לשמר את המידע שעובר במחשבים הקוונטיים?

פרופ’ נדב כ”ץ מהפקולטה למתמטיקה ולמדעי הטבע באוניברסיטה העברית חוקר עיבוד ושימור מידע במערכות מחשוב קוונטיות. בתוך כך הוא מפתח רכיבים בסיסיים של מחשבים קוונטיים ובוחן את תכונותיהם ואת החומרים שמהם הם מורכבים. לדבריו, “עיבוד ושימור המידע במחשוב הקוונטי – כגון זרימה חשמלית של אלקטרונים במעגל, למשל עם כיוון השעון, נגדו או בו זמנית (כסופרפוזיציה) בשני הכיוונים – תלויים באיכות הרכיבים. במחקרי אני בוחן רכיבים מסוג חדש, מוליכי-על שיכולים להחליף את אלו שמשתמשים בהם כיום במחשוב קוונטי, בעלי תכונות שיכולות לתרום להעברת המידע הקוונטי ולמזעור השגיאות בתהליך זה”. באיור העליון: המגבר הקוונטי שבנו החוקרים – שכבה מעוצבת למבנה ננו-מטרי של העל-מוליך טונגסטן-סיליקון (חום) על מצע סיליקון (אפור) ועליה שכבה מבודדת ננומטרית של סיליקון אמורפי (כתום) ושכבת אלומיניום על-מוליך (תכלת). באיור התחתון: הגברת הסיגנלים הקוונטיים

במחקרם האחרון, שזכה במענק מחקר מהקרן הלאומית למדע, ביקשו פרופ’ כ”ץ וצוותו להחליף את צומת ג’וזפסון – רכיב מרכזי בתשתית של כל מחשב קוונטי על-מוליך – ברכיבים (מוליכי-על) קוונטיים פשוטים יותר. רכיב ג’וזפסון מורכב משתי יחידות אלומיניום (מוליכי-על) שביניהן שכבה דקה של תחמוצת (חומר מבודד). האפשרות להחליפו ברכיבים אחרים עלתה כיוון שפעמים רבות המידע הקוונטי משתבש בתוך התחמוצת. כך למשל, הסופרפוזיציה נהרסת ונגרמים רעשים שפוגעים באיכות המצב הקוונטי לאורך זמן. כלומר, החיסרון של רכיב זה פוגע ביכולת לבנות מחשוב קוונטי מתקדם.

בהתאם לכך בנו החוקרים רכיב חדש, מוליך-על שמורכב ממתכת טונגסטן (וולפרם) וסיליקון ומאפשר ליצור מעגלי זרימה קוונטית. הם עיצבו אותו בשיטות ליתוגרפיה, עיכול שכבות ושיקוע. כך, באמצעות נידוף החומרים ותהליכי ייצור ננו-ליתוגרפיים, יצרו מבנה של מגבר גל קוונטי (Quantum-Limited Microwave Amplifier) והציבו אותו על שבב סיליקון. “בחרנו את החומרים הללו כיוון שהם מוכרים מגלאים של פוטונים אופטיים. קיווינו שיוכלו לתפקד במעגלים שמרכיבים את המחשוב הקוונטי”, מסביר פרופ’ כ”ץ.

החוקרים הטמיעו את הרכיב בדגם של מחשב קוונטי בעל מספר קטן של קיוביטים, מיקמו אותו ליד הקיוביטים וגילו שהוא מגביר אותות  קוונטיים פי 100 מעוצמתם המקורית. סיגנלים קוונטיים הם למשל גלי מיקרו (פוטונים) הלכודים ונעים בשבבים של המחשב ומתקדמים מנקודה לנקודה. כאשר הם מוגברים ניתן למדוד את הקיוביטים וכך לבחון את המצב של המחשב הקוונטי. לדברי פרופ’ כ”ץ, “מדידת הקיוביטים היא חלק מהותי באפיון המחשוב הקוונטי, בשימוש בו ובמידע שעובר בו, ומתבססת בעיקר על הגברה של אותות קוונטיים. לפיכך יצרנו מגבר קוונטי שיכול לשדרג את יכולות המחשוב הזה”.

החוקרים בנו רכיב חדש, מוליך-על שמאפשר ליצור מעגלי זרימה קוונטית. הם עיצבו אותו בשיטות ליתוגרפיה, וכך יצרו מבנה של מגבר גל קוונטי.

החוקרים גילו עוד כי בתנאי הפעלה מסוימים הרכיב החדש יכול לשדר גלי מיקרו עם שזירה קוונטית (Quantum Entanglement) – תופעה שבה שני גופים נפרדים יכולים לבטא מתאם חזק גם ללא החלפת מידע ביניהם, שמאפשרת מדידות קוונטיות מדויקות ורגישות. לפיכך הם מקווים שרכיב זה ישמש בהמשך גם למדידות והעברת מידע והצפנה קוונטיות מסוג חדש.

הפוסט מעגלי זרימה קוונטיים הופיע לראשונה ב-Chiportal.

האקרים (“פצחנים”), כפי שאנו מכירים אותם כיום, מסוגלים להשתלט על מחשבים מרחוק, לפרוץ מערכות אבטחה, לשלוף מידע ולגרום נזק לתוכנות מחשב ולמכשירי רשת. לפיכך הם נתפסים כגורמים שליליים. אנונימוס, למשל, הוא ארגון מחאה של האקרים אנרכיסטים. הם מגיעים מתחומים שונים ופועלים בלי לחשוף את זהותם. בשנת 2008 החלו רבים מהם לפעול ולהתארגן לפעילויות אקטיביסטיות בין-לאומיות; הם תמכו בהפגנות ומחאות באמצעות מתקפות סייבר, פריצה לאתרים, הפלת רשתות מחשב ופעולות טרור סייבר נוספות.

“ב-2012 הכריזו חברי אנונימוס מלחמה על ישראל וציטטו בהקשר זה את הספר ‘מועדון קרב’ (ולא את הסרט המפורסם שמבוסס עליו). כך גיליתי שהם אימצו את החוקים של מועדון קרב, אשר תופסים מקום מרכזי בספר, ועיבדו אותם לחוקי האינטרנט. זוהי דוגמה לאופן שבו ספרות וקולנוע משפיעים על תרבות דיגיטלית וטכנולוגית. החלטתי לחקור את הקשר בין הסרט והספר לבין אנונימוס, מה שהוביל אותי למחקרי הנוכחי”, מסבירה פרופ’ נעמי מנדל, חוקרת ספרות ותרבות מהפקולטה למדעי הרוח באוניברסיטה העברית בירושלים. מדענים בוחנים את Spacewar, משחק מחשב אינטראקטיבי משנות ה-60 שהומצא בהשפעת ספרי מדע בדיוני (Courtesy of the Computer History Museum)

במחקרה, שזכה במענק מהקרן הלאומית למדע, בוחנת פרופ’ מנדל את האופן שבו הספרות והקולנוע משפיעים על התרבות הדיגיטלית והטכנולוגיה, ולהפך. בתוך כך היא מנתחת ייצוגים של האקרים ואנשי מחשוב נוספים כגון מתכנתים, גיימרים ומקודדים, מאז ימיו הראשונים של המחשב בשנות ה-50. היא מתמקדת בעיתונות, בספרות ובקולנוע שהשפיעו ועדיין משפיעים על פעולות ההאקרים, כלומר על עולמנו הטכנולוגי העכשווי. תופעת ההאקרים התפתחה כבר בשנות ה-50, בתחילת עידן המחשב. “ההאקרים של אותה תקופה פיתחו יחס ישיר, חושני ואינטימי למחשב – הם ביקשו לגעת בו בידיהם ולהכיר אותו מקרוב – מה שהוביל להתפתחות המחשב האישי שאנו מכירים כיום. למה הם רצו לגעת בו כל כך? אולי מכיוון שקראו על כך בספרות המדע הבדיוני או צפו בסרטי מדע בדיוני מתחילת שנות ה-20 ועד שנות ה-30 וה-40, בתקופה שבה צמח הז’אנר. כתבי העת והסרטים שעסקו בו היו נגישים מאוד לילדים ונוער, הם קראו וצפו בהם ולאחר מכן, בשנות ה-50, הגיעו ללמוד באוניברסיטאות, למדו מדעי המחשב – והפכו להאקרים (כך הם קראו לעצמם)”, מסבירה פרופ’ מנדל. “אותם האקרים של שנות ה-50 הם המקור לסימביוזה בין האדם למחשב שקיימת עד היום”.

במחקרה הנוכחי היא תרה אחר ביטויי סימביוזה זו בספרים ובסרטים שיצאו בשנות ה-20 עד שנות ה-80 (אז גברה משמעותית המודעות למחשב האישי, שסימנה את תחילת העידן הבא). מחקרים אלה מראים שבאמצעות אותם ספרים וסרטים קיבלו ההאקרים את רעיון המגע במחשב והאינטימיות עמו, מה שתרם להתפתחות הטכנולוגיות שמאפשרות זאת. כך היא גם מוצאת נקודות השקה נוספות בין ספרות, קולנוע, דיגיטל וטכנולוגיה. כלי המחקר שלה הם ארכיונים דיגיטליים – שכוללים את  ספרות המדע הבדיוני המוקדמת – ובחינת סרטי מדע בדיוני. למשל, הסרט “משחקי מלחמה” (שיצא ב-1983), שבו מופיע האקר שמשתמש במחשב אישי ובמודם כדי לפרוץ למערכות מידע, והסרט “2001: אודיסיאה בחלל” שעוסק, בין היתר, בטכנולוגיה ובינה מלאכותית.

המדענים בחנו ביטויי סימביוזה בין אדם למחשב, בספרים ובסרטים שיצאו בשנות ה-20 עד שנות ה-80. מחקרים אלה מראים שבאמצעות אותם ספרים וסרטים קיבלו ההאקרים את רעיון המגע במחשב והאינטימיות עמו,

“השאלה מהו המקור לסימביוזה בין האדם למחשב מקבלת כל מיני תצורות בעקבות התפתחויות טכנולוגיות שונות. ביטוייה של סימביוזה זו בספרים ובסרטים ובכתבי העת המוקדמים הכירו לעולם את המחשב האישי, הראו שאפשר להתחבר איתו, לחיות עמו באינטימיות, ותרמו לנגישותו. ואז, בתחילת שנות ה-80, כשהוא פרץ סופית לתודעה, הוא היה פחות מאיים. עם זאת, לקראת אמצע שנות ה-80 יצאו ספרים וסרטים על האקרים כפי שאנחנו מכירים אותם כיום ובשנות ה-90 התפתח האינטרנט וההאקרים עלו למודעות כ’רואים ואינם נראים’, והמחשב שוב הפך למעין ישות מאיימת. בהמשך, כפי שאנחנו יודעים, התלות בו התחזקה וגברה על האיום הזה”, מסבירה פרופ’ מנדל.

זיהוי הקשר שבין ספרות, קולנוע ותרבות טכנולוגית ודיגיטלית. מאפשר לפרופ’ מנדל להבין כיצד התפתחה הסימביוזה העוצמתית בין האדם למחשב ואת התרומה של ההאקרים לכך.

הפוסט הסימביוזה בין האדם למחשב הופיע לראשונה ב-Chiportal.

צוות חוקרים מהאוניברסיטה העברית גילה תופעה חדשה של מיתוג אור נשלט, מידי, והפיך בננו-גביש בודד המסוגל לפלוט אור בשני צבעים שונים. הננו גביש מורכב משני מרכזים מצומדים הפולטים אור, וניתן למתג ביניהם על ידי הפעלת שדה חשמלי מתאים על הגביש המצומד, שמהווה מעין "מולקולה מלאכותית" המורכבת משני ננו גבישים שונים, ומאפשרת פליטת אור מכל אחד מהצבעים או כל שילוב שלהם. לתגלית השלכות יישומיות לטכנולוגיות מגוונות כולל במסכי תצוגה, ליצירת מקורות אור זעירים, לתקשורת קוונטית, לחישת שדות חשמליים במחקר נוירונים ועוד.

שינוי הגודל וההרכב של ננו גבישים מוליכים למחצה, מאפשר כיוונון של צבע האור הנפלט מהם. לתופעה זו יישומים רבים. למשל במסכי תצוגה, שם התמונה הצבעונית מתקבלת על ידי שילוב של שלושת צבעי היסוד – אדום, ירוק וכחול. יחד עם זאת, עבור כל צבע נדרש להשתמש בננו גביש שונה, ומיתוג מידי בין צבעים שונים לא התאפשר עד כה.

קבוצת חוקרים מהמכון לכימיה ומהמרכז לננומדע ולננוטכנולוגיה של האוניברסיטה העברית שכוללת את תלמיד המחקר יונתן אוסיה וחוקרים נוספים, ובראשות פרופסור אורי בנין, הצליחה לראשונה להדגים את קיומה של תופעה חדשה המאפשרת מיתוג צבע מהיר והפיך במערכת של 'מולקולה מלאכותית' המורכבת משני ננו גבישים מצומדים הפולטים שני צבעים שונים. לתגלית השלכות טכנולוגיות משמעותיות ופוטנציאל ליישום בעולם המסכים ובתחומים נוספים. ממצאי המחקר פורץ הדרך התפרסמו בכתב העת היוקרתי נייצ'ר מטריאלס Nature Materials.

פליטת אור צבעוני מחומרים מוליכים למחצה הינה בסיס למגוון טכנולוגיות חשובות כגון תאורה חסכונית וממוזערת, מסכים חדשים, רשתות תקשורת אופטיות מהירות, חישה, ועוד. עם הקטנת גודל חלקיק מוליך למחצה לתחום הננומטרי (ננומטר – ביליונית המטר, אחת חלקי מאה אלף מקוטר של שערה), מתקבל ננו גביש המכונה לעיתים "אטום מלאכותי". אחת התכונות המופלאות של ננו גבישים עשויים ממוליכים למחצה היא פליטת אור חזקה, ואפשרות לשלוט בצבע האור על ידי שינוי הגודל של הגביש. מסיבה זו, ננו גבישים מוליכים למחצה משמשים כמקורות אור למגוון צבעי הקשת. תכונה זו נמצאת כבר היום בשימוש נרחב במסכי טלוויזיה בהם הפיקסלים מורכבים מננו גבישים המקנים למסך איכות צבע מעולה, בד בבד עם חיסכון אנרגטי. יחד עם זאת, עד כה, השגת הצבעים השונים הנדרשים לקבלת טווח הצבעים במסך (אדום, ירוק, כחול), התאפשרה רק על ידי שימוש בננו גבישים שונים מותאמים לכל צבע ופיקסל בנפרד, ולא ניתן היה להשיג להשתמש בסוג אחד של ננו גבישים לקבלת מספר צבעים שונים.  

בפריצת הדרך המדעית, כדי להשיג את תופעת המיתוג החדשה, יצר צוות המחקר סוג חדש של ננו גביש המורכב משני ננו גבישים, שכל אחד מהם מכוונן לפלוט אור בצבע שונה. כך התקבל מבנה בעל תכונות של מולקולה מלאכותית. בצורה זו למשל – ניתן לחבר יחד ננו גביש הפולט אור ירוק, עם ננו גביש שני הפולט אור אדום ולקבל חלקיק בודד הפלט אור בשני צבעים שונים. החוקרים הראו כי ניתן למתג ולכוונן את צבע האור שנפלט ממולקולה כזו על ידי הפעלת שדה חשמלי חיצוני באמצעות הפעלת מתח על מערך אלקטרודות. בקוטביות אחת של השדה, האור הנפלט יהיה בצבע אדום, ובהיפוך המתח החשמלי, האור הנפלט יהיה בצבע ירוק. באופן כזה, הצבעים ניתנים למיתוג מאדום לירוק, באופן הפיך ומהיר. יותר מכך – תחת הפעלת מתח מתאים ניתן לקבל גם כל שילוב רצוי של צבע בין ירוק ואדום – מה שמאפשר פריסה של מרחב צבעים מגוון מחלקיק בודד.

לתגלית זו השלכות יישומיות מרחיקות לכת במגוון תחומים: במסכים, היא תאפשר לפשט מאוד את מבנה המסך ולקבל רזולוציה גבוהה עם פחות פיקסלים שונים. במקום מבנה של פיקסל שונה לכל אחד משלושת צבעי היסוד (אדום ירוק וכחול), ניתן להחליף זוג פיקסלים בפיקסל בודד שבו האור ימותג בין שני צבעים לפי הצורך. התגלית פותחת גם אפשרויות חדשות בכל הקשור לטכנולוגיות לייזר ממותג צבע, טכנולוגיות של תקשורת אופטית וקוונטית הדורשות מקורות אור ייחודיים בעלי צבעים מוגדרים, ואף כאמצעי חדש לחישת שדות חשמליים באמצעים אופטיים שנדרשת בחקר המוח.

פרופ' בנין הסביר את משמעות הגילוי ואמר "התגלית שלנו הינה התקדמות משמעותית בשילוב ננו-חומרים והתקנים אופטו-אלקטרוניים. זהו צעד חשוב בפיתוח הרעיון של 'כימיה מבוססת ננו גבישים' בו ננו גבישים משמשים כאטומים מלאכותיים ואבני בניין למגוון מולקלות מלאכותיות עם תכונות חדשות, תחום אותו הצגנו לראשונה רק לפני שנים ספורות." הוא הוסיף ואמר "היכולת למתג ולהחליף צבעים במהירות וביעילות כפי שהצלחנו להשיג, הינה חשובה ורלוונטית למגוון טכנולוגיות. למשל – בתחום המסכים שם תיתכן הפשטה של מבנה המסך שנדרשת לייצור מסכים חדשים ממוזערים, וכן בתחום החדשני של תקשורת קוונטית שם נדרשים מקורות אור חדשים הפולטים פוטונים בודדים ושניתן למתג את צבעם במהירות. התגלית רלוונטית גם לתחומי מחקר שונים, לדוגמא לתחום הנוירוביולוגיה בו נדרשת חישה מרחוק של שדה חשמלי מקומי בעזרת פליטת אור."

צוות המחקר כלל את החוקרים הבאים: פרופ' אורי בנין, יונתן אוסיה, אדר לוי, יוסף אפרים פנפיל, סומנת קולי, עינב שרף, נדב חפץ, מהמכון לכימיה, וסרגיי רמניק, ועצמון וקחי מהמרכז לננו-מדע וננוטכנולוגיה של האוניברסיטה העברית בירושלים. המחקר המוביל לתוצאות אלו קיבל תמיכה כספית ממועצת המחקר האירופית (ERC) במסגרת תוכנית המחקר והחדשנות Horizon 2020 של האיחוד האירופי.

קישור למאמר: https://www.nature.com/articles/s41563-023-01606-0

הפוסט חוקרי האוניברסיטה העברית יצרו את מתג הצבע הזעיר ביותר בעולם הופיע לראשונה ב-Chiportal.