חברת QuamCore השלימה סבב גיוס הון בהיקף של 26 מיליון דולר מסדרה A, לצורך בניית מחשב קוונטי ראשון מסוגו שיכול להגיע למיליון קיוביטים בתוך מקרר אחד. הסבב הובל על ידי קרן Sentinel Global, בהשתתפות הקרנות ARKN Deep Tech Ventures, Viola Ventures, Earth & Beyond Ventures, Surround Ventures, Rhodium, Quantum Leap, בנוסף למענק של רשות החדשנות. הסבב הושלם חמישה חודשים בלבד לאחר גיוס הסיד ומביא את סך ההשקעה בחברה ל-35 מיליון דולר.

QuamCore פיתחה ארכיטקטורה יחודית של מעבדי קוונטום, מבוססי מוליך-על, המוגנת בפטנטים רבים. הארכיטקטורה מאפשרת הרחבת מחשבים קוונטיים עד למיליון קיוביטים, בתוך מקרר (cryostat) אחד בלבד. זאת לעומת מערכות מחשוב קוונטי מתקדמות כיום, כדוגמת אלו של גוגל ו-IBM, שתומכות בכ-5,000 קיוביטים בלבד במקרר אחד. היעד של QuamCore נחשב עד כה כבלתי ניתן להשגה ומשנה באופן מהותי את המודל הכלכלי בתחום המחשוב הקוונטי בכך שהוא מבטל את הצורך בתשתיות ענק מרובות-קירורים חוסך השקעות רבות וכמויות גדולות של אנרגיה ופותח פתח להשפעה ממשית על תעשיות רבות, בהם תרופות, AI, מדעי החומרים והאנרגיה.

החדשנות של QuamCore טמונה בשילוב של בקרת לוגיקה דיגיטלית מבוססת מוליך-על, ישירות לתוך הקריוסטט. צעד זה מפחית את העומס על הכבלים בכמה סדרי גודל, ומבטל את צוואר הבקבוק התרמי העיקרי שמנע יישום בקנה מידה גדול. העיצוב כולל גם תיקון שגיאות מובנה, שהוא מרכיב חיוני בדרך למחשוב קוונטי עמיד לשגיאות. כספי ההשקעה ישמשו לייצור של המעבדים הראשונים, הקמת מעבדת קוונטום ייעודית, גיוס עובדים והרחבת הפעילות.

QuamCore הוקמה בשנת 2022 על ידי צוות מומחים בעלי רקע נרחב בפיזיקה קוונטית, מוליכי-על ופיתוח מערכות וצ'יפים למערכות תקשורת. אלון כהן (מנכ"ל), יוצא 8200 ובעל 25 שנות ניסיון בפיתוח מערכות מודיעיניות וצ'יפים לתקשורת. בתפקידו האחרון, מייסד שותף של קבוצת EyeC Radar ב-Mobileye (אינטל), שנוסדה סביב המצאה ייחודית שלו – מערכת הדמיה ארבע מימדית אשר מהווה חיישן ליבתי לטכנולוגית נהיגה האוטונומית של מובילאיי, הוא שימש ארכיטקט ראשי וראש קבוצת האלגוריתמים בחברה. פרופ' שי הכהן-גורג'י (CTO), מומחה מוביל במחשוב קוונטי מבוסס מוליכי-על, עם למעלה מ-15 שנות מחקר פורץ דרך בפיזיקת מצב מוצק ומידע קוונטי כפרופסור בטכניון. פרופ' סרג' רוזנבלום (Chief scientist), חוקר מוביל במכון ויצמן למדע, עם ניסיון של יותר מ-15 שנים בטכנולוגיות קוונטיות שונות.

אלון כהן, מנכ"ל QuamCore: "התמקדנו כבר מהיום הראשון בתכנון המערכת המינימלית הנדרשת כדי לממש יתרון קוונטי בעולם האמיתי והגודל שלה הוא מיליון קיוביטים. בחרנו לחשוב מחדש באופן מלא על הארכיטקטורה של הפלטפורמה הטובה והיישומית ביותר – קיוביטים מבוססי מוליכי-על. התוצאה היא תכנית קומפקטית, סקיילבילית שמותאמת לכיוונים אליהם מתפתחת התעשייה. סבב הגיוס מאפשר לנו להאיץ את ייצור השבבים ואת שילובם באב הטיפוס. תעשיית הקוונטום מתקדמת במהירות ועם הגישה שלנו, קיוביטים מבוססי מוליכי-על יעמדו בחזי שלה."

דרור שרון, שותף ב-Sentinel Global: "הצוות של QuamCore עשה את מה שאף אחד אחר לא הצליח ובנה מפת דרכים מדורגת ומעשית לבניית מחשב קוונטי של מיליון קיוביטים, תוך שימוש בטכנולוגיית מוליכי-על – הפלטפורמה המתקדמת והמסחרית ביותר כיום בתחום הקוונטי. החדשנות הארכיטקטונית שלהם היא קפיצת מדרגה הן בחומרה והן באופן שבו אנו חושבים על הרחבת מערכות קוונטיות בעולם האמיתי."

ניר ארקין, מנכ"ל Arkin Capital: "מחשוב קוונטי מוגבל כעת על ידי אתגרי סקיילינג, לא על ידי אמינות הקיוביטים. QuamCore משלבת לוגיקת בקרה מוליכה-על יחד עם צריכת אנרגיה נמוכה ביותר בתוך הקריוסטט, ובכך מסירה את צוואר הבקבוק התרמי שחונק את המערכות של היום ומציבה מסלול פיתוח אמין למחשב עם מיליון קיוביטים במקרר אחד. היכולת הזו תשנה את כלכלת המחשוב הקוונטי ותפתח שווקים שלדעתנו שווים טריליוני דולרים. אנחנו גאים לתמוך בצוות הזה."

הפוסט חברת QuamCore גייסה 26 מיליון דולר לבניית מחשב קוונטי עם מיליון קיוביטים במקרר אחד הופיע לראשונה ב-Chiportal.

חוקרים גילו דרך פשוטה אך עוצמתית להגן על אטומים מפני אובדן מידע – אתגר מרכזי בפיתוח טכנולוגיות קוונטיות אמינות. באמצעות הקרנת קרן לייזר אחת, מכווננת בקפידה, על גז של אטומים, הצליחו לשמור על הספינים הפנימיים של האטומים מסונכרנים. כך הופחת קצב אובדן המידע באופן דרמטי.

בחיישנים קוונטיים ובמערכות זיכרון, אטומים מאבדים לעיתים קרובות את האוריינטציה המגנטית שלהם – או "הספין" – כתוצאה מהתנגשויות עם אטומים אחרים או עם דפנות המיכל שבו הם כלואים. תופעה זו, המכונה הרפיית ספין, מגבילה באופן משמעותי את היציבות והדיוק של מכשירים קוונטיים. שיטות מסורתיות להתמודדות עם הבעיה דרשו פעולה בשדות מגנטיים נמוכים במיוחד ושימוש במיגון מגנטי כבד ומסורבל.

השיטה החדשה עוקפת את המגבלות הללו. במקום להגן על המערכת באמצעות מגנטים, החוקרים משתמשים באור כדי לשנות בעדינות את רמות האנרגיה של האטומים. כך מיושרים הספינים של האטומים, והם שומרים על סנכרון גם כאשר הם בתנועה או בהתנגשות. התוצאה היא מצב ספין יציב יותר, עמיד מטבעו בפני אובדן קוהרנטיות.

בניסויים שנערכו עם אדי צזיום בטמפרטורות גבוהות, הצליחה הטכניקה להפחית את דעיכת הספין פי עשרה ולשפר בצורה משמעותית את הרגישות המגנטית של המערכת. זוהי הוכחה לכך שקרן לייזר אחת יכולה להאריך את זמן הקוהרנטיות של ספינים אטומיים, ולסלול את הדרך לחיישנים קוונטיים, מגנטומטרים והתקני זיכרון קומפקטיים, מדויקים ועמידים יותר.

המחקר בוצע על ידי צוות מהמחלקה לפיזיקה שימושית והמרכז לננו-מדע וננוטכנולוגיה של האוניברסיטה העברית, בשיתוף עם בית הספר לפיזיקה שימושית והנדסית באוניברסיטת קורנל. החוקרים חשפו שיטה עוצמתית להגנה על ספינים אטומיים מפני "רעש" סביבתי – צעד חשוב לשיפור הדיוק והעמידות של טכנולוגיות מתקדמות.

המאמר, שכותרתו "הגנה אופטית של אטומי אלקלי-מתכת מפני הרפיית ספין", נכתב על ידי אברהם בררבי, מרק דיקופולצב, פרופ' אורי כץ (האוניברסיטה העברית) ופרופ' אור כץ (אוניברסיטת קורנל). הוא פורסם בכתב העת Physical Review Letters וצפוי להשפיע על תחומים רבים התלויים בחישה מגנטית ובקוהרנטיות אטומית.

הספין הוא תכונה בסיסית של אטומים בעלי אלקטרונים לא מזווגים, כמו אלו שבאדי צזיום. תכונה זו הופכת את האטומים לרגישים במיוחד לשדות מגנטיים, ומשום כך הם משמשים למדידות מדויקות של שדות מגנטיים, גרביטציה ואפילו פעילות מוחית. אך הספינים שבריריים. גם הפרעה קטנה של דפנות המיכל או מאטומים שכנים עלולה לגרום להם לאבד את כיוונם – תהליך המכונה הרפיית ספין. עד כה, הגנה עליהם דרשה סביבות מוגנות מאוד.

החידוש של החוקרים הוא שימוש בקרן לייזר יחידה, מכווננת בדיוק, שמצליחה לסנכרן את תנועת הספינים גם בתוך שדה מגנטי. כך נשמר הסנכרון גם כאשר האטומים מתנגשים זה בזה או נתקלים בדפנות התא. זהו הישג משמעותי.

כדי להסביר את הרעיון, מדמים החוקרים את האטומים לסביבונים זעירים הנעים בתיבה. בדרך כלל, כאשר הם נתקלים זה בזה, תנועת הסיבוב שלהם משתבשת. הדבר נכון במיוחד בשדות מגנטיים גבוהים, בהם התנועה המגנטית מהירה יותר. אך כאן, קרן הלייזר שומרת על תיאום בין כל הסביבונים, ומונעת אי-סדר. כך נוצרה מערכת יציבה, הפועלת בהרמוניה גם בתנאים לא אידיאליים.

החוקרים מדווחים על שיפור פי תשעה במשך הזמן שבו אטומי הצזיום שמרו על כיוון הספין. ההגנה פעלה גם כאשר האטומים התנגשו בדפנות תא מיוחד, מצופה בשכבה המפחיתה הרפיה, וגם כשהם עברו התנגשויות פנימיות מרובות.

לשיטה יש פוטנציאל מעשי רחב. היא עשויה לשפר התקנים המבוססים על ספינים אטומיים, בהם:

חיישנים קוונטיים ומגנטומטרים, המשמשים ברפואה, ארכיאולוגיה וחקר החלל.

מערכות ניווט מדויקות שאינן תלויות ב-GPS.

מערכות מידע קוונטיות, בהן יציבות הספין היא תנאי הכרחי לאחסון ועיבוד.

יתרון חשוב נוסף הוא שהשיטה פועלת בטמפרטורות רגילות ואינה דורשת קירור עמוק או מיגון מורכב. לכן היא עשויה להיות שימושית יותר מגישות קיימות ליישומים מעשיים.

לדברי החוקרים: "גישה זו פותחת פרק חדש בהגנה על מערכות קוונטיות מפני רעש. באמצעות תנועה טבעית של אטומים ושימוש באור כמייצב, ניתן לשמר קוהרנטיות בתנאים מגוונים הרבה יותר משהיה אפשרי בעבר".

המחקר מבוסס על עשורים של התקדמות בפיזיקה אטומית. עם זאת, הפתרון שמציגים החוקרים – שימוש באור לסנכרון אטומים – הוא פשוט, אלגנטי ופורץ דרך. הוא עשוי לאפשר פיתוח של טכנולוגיות קוונטיות מדויקות, אמינות ונגישות יותר.

למאמר המדעי

הפוסט קרן לייזר אחת מגנה על אטומים מפני אובדן מידע הופיע לראשונה ב-Chiportal.

ענקית המחשוב IBM  מודיעה על כוונתה להשקיע 150 מיליארד דולר בארה"ב במהלך חמש השנים הקרובות. ההשקעה כוללת למעלה מ-30 מיליארד דולר שיוקצו למחקר ופיתוח, לטובת קידום והמשכיות הייצור האמריקאי של IBM בתחומי המחשוב הקוונטי.

"טכנולוגיה אינה רק בונה את העתיד- אלא היא זו המגדירה אותו" אומר ארווינד קרישנה, יו"ר, נשיא ומנכ"ל IBM. "מאז יום היוסדה לפני 114 שנים, אנו מתמקדים בשוק האמריקאי וביצירת מקומות עבודה. עם ההשקעה הכספית הנוספת הזו אנו מבטיחים ש-IBM תישאר שחקנית מרכזית בפיתוח יכולות המחשוב והבינה המלאכותית המתקדמות בעולם".

כיום, חברת IBM היא אחת מהמעסיקות הגדולות ביותר בתחום הטכנולוגיה בארה"ב ואחראית לשורת חידושים שכללו את מערכות עיבוד הנתונים שאפשרו את הפעלת מערכת הביטוח הלאומי האמריקאית, ומניעות עסקים בכל תחומי התעשייה השונים. גם כיום מיוצרים בעיר פוקיפסי במדינת ניו יורק, מחשבי המיינפריים המתקדמים, שהם עמוד השדרה הטכנולוגי של הכלכלה האמריקאית והעולמית. מעל 70% מהעסקאות בעולם לפי ערכן מתבצעות דרך מחשבי המיינפריים של IBM המיוצרים בארצות הברית.

בנוסף לכך, מפעילה IBM את צי מחשבי הקוונטים הגדול ביותר בעולם, והיא תמשיך לתכנן, לבנות ולהרכיב מחשבים קוונטיים בארצות הברית. מחשוב קוונטי נחשב לאחת המהפכות הטכנולוגיות וההזדמנויות הכלכליות הגדולות ביותר בעשורים האחרונים, והוא צפוי לפתור בעיות שמחשבים קלאסיים אינם מסוגלים להתמודד איתן. פתרונות אלו יסייעו לא רק להבנה עמוקה יותר של אופן פעולתו של העולם, אלא גם ישפיעו משמעותית על התחרותיות של ארצות הברית, שוק העבודה והביטחון הלאומי. רשת המחשבים הקוונטים של IBM מעניקה גישה למערכות הקוונטיות שלה לכמעט 300 חברות מתוך רשימת Fortune 500 וכן למוסדות אקדמיים, מעבדות לאומיות וסטארט-אפים, ומשמשת יותר מ-600,000 משתמשים פעילים.

הפוסט IBM תשקיע 150 מיליארד דולר במיחשוב קוונטי הופיע לראשונה ב-Chiportal.

חוקרים בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע"ש ויטרבי והפקולטה לפיזיקה מציגים בכתב העת Nature גילוי משמעותי שיתרום למזעור רכיבים למערכות קוונטיות. את המחקר הובילו הדוקטורנט עמית קם וד"ר שי צסס (כיום פוסט-דוקטורנט ב-MIT) מקבוצת המחקר של פרופ' גיא ברטל בשיתוף עם קבוצות המחקר של פרופ' מחקר מוטי שגב ופרופ' מאיר אורנשטיין. השתתפו בו ד"ר יגאל אילין, ד"ר קובי כהן, ליאור פרידמן וסתיו לוטן מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע"ש ויטרבי וד"ר יעקב לומר, ד"ר אנטולי (טוליק) פצוק וליאת נמירובסקי-לוי מהפקולטה לפיזיקה.

פיזיקת הקוונטים מובילה לעיתים לתחזיות מאוד לא שגרתיות. כך קרה הדבר כשאלברט איינשטיין ועמיתיו, בוריס פודולסקי ונתן רוזן (שלימים הקים את הפקולטה לפיזיקה בטכניון והיה פרופסור מחקר), מצאו תרחיש שבו ידיעת המצב של חלקיק אחד משפיעה באופן מיידי על מצבו של החלקיק האחר, ולא חשוב כמה גדול המרחק ביניהם. מאמרם ההיסטורי מ-1935 זכה בכינוי EPR על שם שלושת מחבריו(Einstein–Podolsky–Rosen) . הרעיון שידיעת מצבו של חלקיק אחד תשפיע על חלקיק אחר הנמצא במרחק עצום ממנו, וזאת בלי אינטראקציה פיזית ובלי העברת מידע, נראה לאיינשטיין מופרך, והוא כינה זאת "פעולה מוזרה ממרחק" (spooky action at a distance); אך עבודה פורצת דרך של חוקר נוסף מהטכניון, פרופ'-מחקר אשר פרס מהפקולטה לפיזיקה, הראתה כי אפשר להשתמש בתכונה זו כדי להעביר מידע בצורה נסתרת – טלפורטציה קוונטית, שהיא הבסיס לתקשורת קוונטית. תגלית זו הושגה על ידי פרופ' פרס עם עמיתיו צ'ארלס בנט וז'יל ברסארד. לימים  קיבלה התופעה את השם המדעי שזירות קוונטית (quantum entanglement), ועל מדידתה והשלכותיה, הכוללות את האפשרות למחשוב קוונטי ותקשורת קוונטית, הוענק פרס נובל בפיזיקה לשנת 2022 לפרופסורים אלן אספה ואנטון ציילינגר, שקיבלו בעבר תוארי דוקטור לשם כבוד מהטכניון, ולעמיתם פרופ' ג'ון קלאוזר. 

שזירות קוונטית הודגמה עד כה עבור מגוון רחב של חלקיקים ועבור תכונות שונות שלהם. עבור פוטונים, חלקיקי אור, שזירות יכולה להתקיים עבור כיוון ההתקדמות, התדר (צבע), או הכיוון אליו מצביע השדה החשמלי שלהם. היא יכולה להתקיים גם עבור תכונות שקשה יותר לדמיין, למשל – תנע זוויתי. תכונה זו מתחלקת לסחרור (spin), הקשור בפוטונים לסיבוב השדה החשמלי, ולמסילה (orbit), הקשורה לתנועה הסיבובית של הפוטון במרחב. דבר זה דומה באופן אינטואיטיבי לכדור הארץ, המסתובב סביב עצמו וגם מקיף את השמש במסלול מעגלי. קל לנו לדמיין את שתי תכונות הסיבוב הללו כגדלים נפרדים, ואכן, פוטונים המאוגדים באלומת אור רחבה בהרבה מאורך הגל שלהם הם באמת כאלה. ברם, כשמנסים להכניס פוטונים למבנים הקטנים מאורך הגל הפוטוני – שזהו המאמץ שבו עוסק תחום הננו-פוטוניקה – מגלים שאי אפשר להפריד בין תכונות הסיבוב השונות, והפוטון מאופיין על ידי גודל יחיד, התנע הזוויתי הכולל.

אז למה שנרצה בכלל להכניס פוטונים למבנים קטנים כל כך? לכך יש שתי סיבות עיקריות. האחת ברורה – זה יעזור לנו למזער התקנים שמשתמשים באור וכך לדחוס יותר פעולות לתא שטח קטן, בדומה למזעור של מעגלים אלקטרוניים. הסיבה הנוספת חשובה עוד יותר: מזעור זה מגביר את האינטראקציה בין הפוטון לחומר שדרכו הפוטון מתקדם (או נמצא בקרבתו), וכך מאפשר לייצר תופעות ושימושים שאינם אפשריים בפוטונים בממדים ה"רגילים" שלהם.

במחקר שפורסם בכתב העת Nature גילו חוקרי הטכניון שאפשר לשזור פוטונים במערכות ננומטריות שגודלן כאלפית השערה, אולם השזירה אינה מתבצעת על ידי התכונות המקובלות של הפוטון, כמו הסחרור או המסילה, אלא רק על ידי התנע הזוויתי הכולל.

חוקרי הטכניון חשפו את התהליך שעוברים פוטונים מהשלב שבו הם מוכנסים למערכת הננומטרית ועד שהם יוצאים למערכת המדידה, ומצאו שהמעבר הזה מעשיר את מרחב המצבים שהפוטונים יכולים לשהות בהם. בסדרת מדידות מיפו החוקרים את אותם מצבים, שזרו אותם באותה תכונה ייחודית למערכות הננומטריות ואיששו את ההתאמה בין זוגות פוטונים המעידה על שזירות קוונטית.

תגלית זו היא הגילוי הראשון של שזירות קוונטית חדשה מזה יותר מ-20 שנה, והיא עשויה להוביל בעתיד לפיתוח כלים חדשים לתכנון של רכיבי תקשורת ומחשוב קוונטיים מבוססי פוטונים, כמו גם למזעור משמעותי שלהם.

המחקר נתמך על ידי רשות החדשנות (תוכנית מגנ"ט), הקרן הלאומית למדע (ISF), המכון לננוטכנולוגיה ע"ש ראסל ברי בטכניון, המרכז למיקרו- וננו-אלקטרוניקה בטכניון (MNFU) ומרכז הקוונטום ע"ש הלן דילר.

למאמר ב- Nature  לחצו כאן

הפוסט חוקרים בטכניון גילו סוג חדש של שזירות קוונטית הופיע לראשונה ב-Chiportal.

בית הספר להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת תל אביב הודיע כי בשנת הלימודים הבאה, תשפ"ו, צפויה להיפתח מעבדת סטודנטים ראשונה מסוגה בישראל שתאפשר לסטודנטים להתנסות במחשב קוונטי כבר בתואר הראשון. המעבדה הינה פרי שיתוף פעולה של הפקולטה להנדסה והמרכז למדע וטכנולוגיה קוונטית, QuanTAU, באוניברסיטת תל אביב, ושל מרכז החישוב הקוונטי הישראלי, IQCC, הפועל בקמפוס האוניברסיטה. המיזם קיבל תמיכה כספית במסגרת הקול הקורא לעדכון ופיתוח קורסים ומקבצי קורסים בתחומי המדע והטכנולוגיה הקוונטים של הוועדה לתכנון ולתקצוב של המועצה להשכלה גבוהה (ות"ת). מטרת התמיכה הניתנת עבור פיתוח קורסים היא להרחיב ולקדם את ההכשרה לסטודנטים וחוקרים צעירים בנושאים אלו על מנת להכשיר כוח אדם מיומן למשק ולאקדמיה, ובפרט להרחיב את בסיס הסטודנטים הלומדים בתחום מחוץ למחלקות לפיסיקה גם אל מחלקות ההנדסה. 

ד"ר עופר כפיר מבית הספר להנדסת חשמל ומחשבים והמרכז האוניברסיטאי  ,QuanTAU   שיזם את המעבדה מסביר: "למחשבים קוונטים יש פוטנציאל לפתור בעיות שהמחשבים הקלאסיים אינם מסוגלים, ומכיוון שאלו בעיות חשובות כמו פיתוח תרופות ופיצוח צפנים, יש מרוץ עולמי להשיג יכולות חישוב קוונטי, ומימוש של טכנולוגיות קוונטיות באופן כללי. ביה"ס להנדסת חשמל ואוניברסיטת ת"א רואים חשיבות רבה בהכשרה של הסטודנטים בטכנולוגיה העילית העתידית, וזה מתיישב עם הרעב שיש אצל הסטודנטים להתפתחות בתחום הקוונטים".

בבית הספר להנדסת חשמל מציינים כי עד כה, התנסות פרקטית במחשוב קוונטי הייתה פתוחה רק בפני חוקרים וסטודנטים למתארים מתקדמים, אבל כעת סטודנטיות וסטודנטים באוניברסיטת תל אביב יוכלו להפעיל את המחשב הקוונטי כבר בתואר הראשון: מרמת כתיבת תוכנה עילית, ועד שליטה מפורטת באותות החשמליים של אבן הבניין הבסיסית שלו, הביט הקוונטי, או הקיוביט.

הקורס יכלול הכשרה בשפת התכנות המתאימה למחשב הקוונטי, מספר ניסויים בסיסיים בקיוביטים, ושני ניסויים בטכנולוגיות קוונטיות בתחומי תקשורת וחישה. פעילות המעבדה תחל כבר השנה, החל מאפריל 2025, בתור פיילוט כחלק מקורס "טכנולוגיות קוונטיות".  המעבדה מתוכננת להיות גמישה, כך שסטודנטים יוכלו להריץ ניסויים מעבר לדרישות המעבדה וכך לנצל את המשאבים הנדירים האלו כדי לבדוק, להתנסות, ולקבל רעיונות, באופן שלא קיים במקומות אחרים.

ד"ר עופר כפיר מוסיף: שילוב הכוחות של אוניברסיטת תל אביב עם המעבדה הלאומית לחישוב קוונטי שמפעילה חברת קוונטום משינס זה WINWIN קלאסי. הסטודנטים שלנו יקבלו הכשרה על קדמת הטכנולוגיה, ואילו צוות המעבדה ייהנה מהיצירתיות של הסטודנטים המעולים פה, ומהרצון שלהם ללמוד ולהתקדם. החזון הוא שהמעבדה החדשה, הממשק למרכז הקוונטים של האוניברסיטה, וכן המרכז למחשוב הקוונטי הארצי יאפשרו יצירת אקו-סיסטם של דור החוקרים, היזמים, והמהנדסים הבא שיצעיד את ישראל קדימה בתחרות העולמית. ואנחנו רוצים להודות לות"ת על הבעת האמון והתמיכה שמאפשרת את השקת המיזם החשוב".   

ד"ר ניר אלפסי, המעבדה הלאומית למחשוב קוונטי:  "המרכז הישראלי למחשוב קוונטי הוא מרכז ראשון מסוגו בעולם המשלב מספר טכנולוגיות קוונטיות בצמוד ליכולות מחשוב קלאסיות מתקדמות. היכולות הייחודיות שקיימות במרכז מאפשרות גישה קלה וישירה לטכנולוגיה הקוונטית המתקדמת ביותר באופן חסר תקדים, הכל בצורה אינטואיטיבית וקלה מאי פעם. המרכז, שהוקם על ידי חברת Quantum Machines במימון משותף עם רשות החדשנות, חרט על דגלו את קידום הטכנולוגיות הקוונטיות במדינת ישראל ומתן פלטפורמה להאצת המחקר והפיתוח של חברות וחוקרים ישראלים. כיום, אחד הפערים המשמעותיים ביותר בתחום המחשוב הקוונטי הוא כוח אדם מוכשר אשר יכול להניע קדימה את התחום. אנחנו מאמינים כי שיתוף הפעולה עם אוניברסיטת תל אביב בהכשרת הדור הבא של החוקרים והמפתחים הוא צעד ראשון בדרך לגישור על הפער הזה ומימוש חזון המרכז."

פרופ' ירון עוז, ראש המרכז למדע וטכנולוגיה קוונטית באוניברסיטת תל אביב: "המרוץ העולמי לבניית מחשבים קוונטיים, רשתות תקשורת קוונטיות ויישומים של מכניקת הקוונטים, הפך את הכשרת דור של מדענים ומהנדסים בתחומי המדע והטכנולוגיה הקוונטית לצורך לאומי. אוניברסיטת תל אביב משקיעה מאמצים ניכרים במענה לאתגר זה, וההתנסות המעשית במחשוב קוונטי היא נדבך חשוב בהכשרה זו. אני מעריך שבשנים הקרובות תתמקם מדינת ישראל היטב במפה העולמית של יישומים טכנולוגיים של מדע הקוונטים".

הפוסט התנסות יישומית במחשב קוונטי – כבר בתואר ראשון  הופיע לראשונה ב-Chiportal.

ענקית השבבים הטייוואנית TSMC הכריזה על כניסתה לתחום המיחשוב הקוונטי, במהלך שנועד לחזק את מעמדה כמובילה עולמית בייצור שבבים מתקדמים. במסגרת המהלך, החברה תשקיע משאבים נרחבים במחקר ופיתוח של שבבים קוונטיים ובשיתוף פעולה עם מוסדות מחקר ואקדמיה מובילים.

לפי הצהרת החברה, TSMC מתכוונת להקים מרכז מחקר ייעודי לטכנולוגיות קוונטיות ולגייס מהנדסים מומחים בתחום. החברה אף מתכננת להשקיע במעבדות מחקר חיצוניות, במטרה להאיץ את פיתוח השבבים הקוונטיים ולאפשר להם השתלבות חלקה במערכות קיימות.

"אנחנו רואים במיחשוב הקוונטי את העתיד של עולם הטכנולוגיה והחישוב," אמר מנכ"ל TSMC, צאי יינג-ג'יה. "המטרה שלנו היא להוביל את המהפכה הזו ולאפשר ללקוחותינו ליהנות מביצועים חסרי תקדים ויעילות גבוהה יותר."

האתגר המרכזי: ניהול רעשים ודיוק

TSMC הודיעה כי תשתף פעולה עם גופים בינלאומיים מובילים בתחום המיחשוב הקוונטי, כולל אוניברסיטאות אמריקניות ואירופיות, כמו גם חברות טכנולוגיה שמתמחות בפיתוח אלגוריתמים קוונטיים. המהלך נועד להבטיח גישה לטכנולוגיות מתקדמות ולמומחיות רחבה שתסייע בפתרון אתגרי המיחשוב הקוונטי.

אנליסטים מעריכים כי ההשקעה במיחשוב קוונטי תעניק ל-TSMC יתרון תחרותי משמעותי מול יריבותיה, במיוחד לנוכח ההשקעות המאסיביות של סין וארצות הברית בתחום. עם יכולות הייצור המתקדמות שלה, TSMC צפויה להוות שחקן מרכזי בפיתוח והפצת שבבי קוונטום בקנה מידה עולמי.

אחד האתגרים המרכזיים במיחשוב קוונטי הוא ניהול רעשים ושמירה על דיוק החישובים, נושא ש-TSMC מתכננת להתמודד איתו באמצעות פיתוח חומרים מתקדמים ושיטות ארכיטקטוניות חדשות לשבבים קוונטיים. החברה מתמקדת ביצירת שבבים בעלי צריכת אנרגיה נמוכה וביצועים גבוהים, שיתאימו גם ליישומים תעשייתיים וגם ליישומים צבאיים ובטחוניים.

TSMC שואפת להשיק אבטיפוס של שבב קוונטי ראשון עד שנת 2027, תוך שיפור מתמיד של טכנולוגיות ייצור השבבים הנוכחיות שלה. החברה אף בוחנת את האפשרות לשלב יכולות קוונטיות בשבבי AI מתקדמים, במטרה להאיץ יישומים כמו ניתוח נתונים בזמן אמת ופתרון בעיות חישוביות מורכבות.

הפוסט TSMC נכנסת לתחום המיחשוב הקוונטי הופיע לראשונה ב-Chiportal.

מיקרוסופט הכריזה על השקת Majorana 1, השבב הקוונטי הראשון בעולם המבוסס על ארכיטקטורת ליבה טופולוגית חדשה. השבב, אשר הינו תוצר של שילוב חומרים חדשני וטכניקות ננו-פביזיות מדויקות, מציב את מחשוב הקוונטים במסלול שיאפשר פתרון בעיות תעשייתיות רחבות היקף בתוך שנים, ולא עשורים כפי שחשבו בעבר.

חדשנות טכנולוגית ופריצת דרך במדעי החומרים

צ'טאן נאיאק שהוביל את הצוותים שפיתחו את הארכיטקטורה הטופולוגית לשבב החדש  הוא מומחה טכנולוגי בכיר במיקרוסופט (Microsoft Technical Fellow) ואחד מהאישים המרכזיים בתחום מחקר ופיתוח המחשוב הקוונטי. השבב, משתמש במה שנקרא טופוקונדוקטור – חומר שמאפשר לזהות ולשלוט בחלקיקי  Majorana,  אשר מייצבים ומגדילים את קנה המידה של הקיוביטים (יחידות המידע הקוונטי).

"חומר הטופוקונדוקטור, שהינו הליבה הטכנולוגית שמאפשרת את פעולת השבב הקוונטי החדש, מסמן הקדמות במדעי החומרים עם יכולות שלא נראו כמותן עד כה. מדובר בחומר המורכב מארסן אינדיום בשילוב עם אלומיניום, אשר מעובדים ברמת האטום הבודד בתהליך קפדני ביותר. "

"הטופוקונדוקטור תורם למיזוג של עולמות המוליכים למחצה ומצבי מוליך-על, מה שמוביל ליצירת מערכת שמסוגלת לתמוך בקיוביטים קטנים, מהירים ובעלי עמידות בפני רעשים חיצוניים. בנוסף, עיבוד החומר ברמת האטום מאפשר הקמת מבנה מודולרי בו ניתן לחבר יחידות 'H' – שכל אחת מהן מכילה ארבעה חלקיקי Majorana – ולהרחיב את המערכת עד למיליון קיוביטים, מה שמסמן את הדרך לפתרונות קוונטיים ברמת תעשייה. לדברי מיקרוסופט, החומר החדש, אם כן, אינו רק נדבך טכנולוגי בודד אלא יסוד מהפכני שמביא את מחשוב הקוונטים קרוב יותר למציאות מסחרית, ופותח אופקים חדשים בפתרון בעיות מדעיות, תעשייתיות וסביבתיות שעד כה נחשבו ללא אפשריים."

לדברי נאיאק, "אנחנו בעצם המצאנו את הטרנזיסטור לעידן הקוונטים" – והצליחו ליצור תשתית חומרים חדשה מבוססת על ארסן אינדיום ואלומיניום, שמיוצרת באומנות של בנייה אטומית מדויקת.

למה השבב צפוי להגיע מוקדם יותר מהצפוי?

מיקרוסופט טוענת שהשילוב של החומר החדש והארכיטקטורה הדיגיטלית המתקדמת מאפשר לשלוט על הקיוביטים בצורה פשוטה ומהירה יותר:

• בקרת מדידה דיגיטלית: במקום להסתמך על כיוונונים אנלוגיים עדינים לכל קיוביט, מערכת המדידה החדשה מאפשרת הפעלה באמצעות פולסי מתח, מה שמפשט את התהליך ומאפשר מדידות מדויקות ביותר.
• עיצוב מודולרי: מבנה השבב מאפשר "טילוס" של יחידות H (הן תאים עם ארבעה חלקיקי Majorana הניתנים לשליטה), כך שכל יחידה הופכת לקיוביט עצמאי שניתן לחברם בצורה שמאפשרת הגדלת הקנה מבלי לסבך את המערכת.
• חוסן מול טעויות: הארכיטקטורה הטופולוגית מספקת הגנה טבועה ברמת החומרה, מה שמבטיח יציבות גבוהה יותר לעומת טכנולוגיות קודמות.

תודות לפריצות דרך אלו, מיקרוסופט מאמינה כי ניתן להגיע ליעד של מיליון קיוביטים – סף הכרחי לפתרון בעיות מדעיות, תעשייתיות וסביבתיות מורכבות – בתוך שנים הקרובות ולא עשורים.

שימושים עתידיים והשפעות תעשייתיות

השבב מציב פוטנציאל מהפכני במספר תחומים:

• מדע החומרים: יכול לסייע בפיתוח חומרים "מתקנים את עצמם", אשר יוכלו לתקן סדקים בחלונות, בגשרים ובמבנים תעשייתיים.
• כימיה ירוקה וסביבתית: בעזרת מחשוב קוונטי, ניתן יהיה לעצב קטליזטורים חדשים שמפרקים פלסטיקים מזהמים ומייצרים תוצרים בלתי מזיקים – מהלך שיכול לתרום משמעותית למאבק בזיהום ובפחמן.
• בריאות וחקלאות: חישוב קוונטי מדויק יאפשר ניתוחים מעמיקים של אנזימים וביולוגיה מולקולרית, מה שיכול להוביל לשיפור יבולים והגברת פוריות הקרקע, ואף לתגליות תרופתיות חדשות.
• עיצוב תעשייתי: עם שילוב כלי בינה מלאכותית, מהנדסים ומדענים יוכלו "לעצב נכון מהפעם הראשונה" – להכניס לתהליך העיצוב תובנות שמגיעות מחישובים קוונטיים מדויקים, ובכך לחסוך זמן ומשאבים.

שיתופי פעולה והתקדמות בתהליכי פיתוח

מיקרוסופט מציגה את Majorana 1 גם כצעד אסטרטגי במסלול שלה לעבר מחשוב קוונטי מסחרי. החברה נמצאת בשיתוף פעולה עם Quantinuum ו-Atom Computing, ובכך מקבלת גם תמיכה ממוקדת ממסגרות מחקריות כמו תכנית US2QC של DARPA, אשר שמה לה למטרה להאיץ את פיתוח מערכות קוונטיות ברמת תעשייה.

הפוסט מיקרוסופט הכריזה על שבב קוונטי: "אנחנו בעצם המצאנו את הטרנזיסטור לעידן הקוונטים" 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.

חברת קוורה קומפיוטינג (QuEra Computing) הודיעה על השקעה אסטרטגית משמעותית מגוגל Quantum AI במטרה להאיץ את פיתוח מחשבי הקוונטי מבוססי טכנולוגיית אטומים נייטרליים. החברה, הממוקמת בבוסטון, פועלת על פיתוח מחשבים קוונטיים בקנה מידה גדול המסוגלים לתקן שגיאות ולספק ביצועים אמינים ומשופרים. ההשקעה נועדה לחזק את מעמדה של קוורה כמובילה בטכנולוגיה זו, ולהדגיש את השיתוף הפעולה שלה עם מעבדות מחקר מהרווארד ו-MIT.

בראיון ל-CHIPORTAL מסביר יובל בוגר, הCCO  (מנהל מסחרי ראשי) של קווארה ובעבר סמנכ"ל השיווק של קלאסיק: "הדרך בה אנחנו ניגשים לבניית מחשב קוונטי שונה מהשיטות המסורתיות. בעוד חלק מהחברות משתמשות במוליכים מקוררים, אצלנו כל קיוביט מיוצג על ידי אטום נייטרלי, אשר מוחזק באמצעות קרן לייזר קטנה. כך, כל אטום יכול להתקרב או להתרחק מאטומים אחרים לצורך אינטראקציה וביצוע חישובים מורכבים. מדובר בטכנולוגיה מתקדמת שמאפשרת לנו לייצר קיוביטים ברמת דיוק גבוהה מאוד," מסביר בוגר.

כיום, קוורה מפעילה את מחשב הקוונטי שלה, הכולל 256 קיוביטים, בענן של אמזון והשבוע גם הוכרז כי מכרה שני מחשבים כאלה בשווי 50 מיליון דולר ליפן ובריטניה. "השאיפה היא להתקדם לדורות הבאים של מחשבים שיכללו מנגנוני תיקון שגיאות מתקדמים. "זו אחת הבעיות הגדולות ביותר של המחשוב הקוונטי כיום," מציין בוגר. "אנחנו משקיעים משאבים עצומים בפיתוח טכנולוגיות שיאפשרו לנו לזהות ולתקן שגיאות בזמן אמת, מה שיגביר את האמינות של המחשב ויאפשר לנו ליישם אותו במגוון רחב של תחומים."

"ההשקעה של גוגל Quantum AI היא רק חלק ממהלך רחב של קוורה להרחבת נוכחותה בתחום.

בוגר הוסיף כי החברה מונה היום כשבעים איש בתוכם כמה וכמה ישראלים. יש לנו "לקוחות ושיתופי פעולה בכל העולם. בישראל יש לנו שיתוף פעולה עם חברת קלאסיק שמשלבת את המחשב שלנו בפלטפורמה שלהם. אנחנו גם משתפים פעולה עם קוואנטום מאשינס בישראל אנחנו מספקים ביחד שבב שייכנס לתוך מחשבים קוונטיים."

בוגר ציין שהחברה, המעסיקה כיום כ-70 עובדים, נולדה מתוך מחקרים פורצי דרך באוניברסיטאות הרווארד ו-MIT, וכי היא שואפת להיות "הבחירה הטבעית לכל מי שמחפש פתרונות מחשוב קוונטי אמינים ומתקדמים." עוד הוסיף כי הוא עצמו התאהב בתחום בשל הקשר העמוק בין תחום הפיזיקה בו למד ביחד עם תחום השיווק במכון קלוג באוניברסיטת נורת'ווסטרן לבין השפעתו על טכנולוגיות פורצות דרך בשוק. בין היתר הוא זוקף את ההשקעה של גוגל למאמרים פורצי דרך שפרסמו מדעני החברה בעיתנות המדעית

הפוסט QuEra Computing קיבלה השקעה מגוגל לפיתוח מחשבים קוונטיים בטכנולוגיית אטומים נייטרליים הופיע לראשונה ב-Chiportal.

• זרמים בעלי קיטוב ספין יכולים לשמש גם לשליטה במצבי קוונטום של ספינים אלקטרוניים בודדים. תוצאות המחקר, שפורסמו בכתב העת המדעי Science, עשויות לשמש בטכנולוגיות שונות בעתיד, למשל בשליטה על מצבי קוונטום של קיוביטים מגנטיים

חוקרים מהמכון הטכנולוגי של ציריך (ETH Zurich) בראשותו של פייטרו גמברדלה פיתחו שיטה לשליטה במצבי קוונטום של ספינים אלקטרוניים בודדים באמצעות זרמים בעלי קיטוב ספין. שיטה זו עשויה לשפר את הטכנולוגיות בתחום המחשוב הקוונטי. הטכניקה החדשה מציעה שליטה מדויקת וממוקדת יותר בהשוואה לשיטות מסורתיות המשתמשות בשדות אלקטרומגנטיים, מה שעשוי לשפר את היכולת לשלוט במצבים קוונטיים במכשירים כמו קיוביטים.

אלקטרונים מחזיקים בתנע זוויתי פנימי הנקרא ספין, המאפשר להם להתיישר עם שדה מגנטי, בדומה לפעולת מחט מצפן. בנוסף למטען החשמלי שלהם, הספין של האלקטרונים משמש כיום יותר ויותר לאחסון ולעיבוד נתונים.

כבר כיום ניתן לרכוש רכיבי זיכרון MRAM (זיכרון גישה אקראית מגנטי), שבהם המידע מאוחסן במגנטים קטנים מאוד אך עדיין קלאסיים, המכילים ספינים של אלקטרונים רבים. ה-MRAM מבוסס על זרמים של אלקטרונים עם ספינים מקבילים היכולים לשנות את המגנטיזציה בנקודה מסוימת בחומר.

פייטרו גמברדלה ועמיתיו מהמכון הטכנולוגי של ציריך הראו כי זרמים בעלי קיטוב ספין יכולים לשמש גם לשליטה במצבי קוונטום של ספינים אלקטרוניים בודדים. תוצאות המחקר, שפורסמו בכתב העת המדעי Science, עשויות לשמש בטכנולוגיות שונות בעתיד, למשל בשליטה על מצבי קוונטום של קיוביטים מגנטיים.

זרמים במנהור במולקולות בודדות

“באופן מסורתי, מניפולציה על ספינים אלקטרוניים מתבצעת באמצעות שדות אלקטרומגנטיים כמו גלי רדיו או מיקרוגלים,” אומר ד”ר סבסטיאן סטפנוב, מדען בכיר במעבדתו של גמברדלה. טכניקה זו, הידועה גם בשם תהודת פאראמגנטית אלקטרונית, פותחה כבר באמצע שנות ה-40 של המאה ה-20 ומשמשת בתחומים שונים כגון חקר חומרים, כימיה וביופיזיקה. “לפני מספר שנים, הוכח שניתן להשרות תהודת פאראמגנטית אלקטרונית באטומים בודדים; אולם, עד כה המנגנון המדויק לכך לא היה ברור,” מוסיף סטפנוב.

כדי לחקור את התהליכים הקוונטיים מאחורי מנגנון זה, הכינו החוקרים מולקולות פנטסן (הידרוקרבון ארומטי) על מצע כסף. שכבת בידוד דקה של תחמוצת מגנזיום הונחה על המצע. שכבה זו מבטיחה שהאלקטרונים במולקולה יתנהגו יותר או פחות כפי שהם היו עושים בחלל חופשי.

באמצעות מיקרוסקופ מנהור סורק, החוקרים אפיינו תחילה את ענני האלקטרונים במולקולה. הדבר כרוך במדידת הזרם שנוצר כאשר האלקטרונים מנהרים באופן קוונטי מהקצה של מחט טונגסטן אל המולקולה. לפי חוקי הפיזיקה הקלאסית, האלקטרונים לא אמורים להיות מסוגלים לדלג על הפער בין קצה המחט למולקולה בגלל חוסר באנרגיה הדרושה. עם זאת, מכניקת הקוונטים מאפשרת לאלקטרונים “לנהר” דרך הפער למרות חוסר האנרגיה, מה שמוביל לזרם מדיד.

מגנט מיניאטורי בקצה המחט

ניתן לקוטב את זרם המנהור באמצעות מחט הטונגסטן להרים מספר אטומי ברזל הנמצאים גם הם על שכבת הבידוד. על קצה המחט, אטומי הברזל יוצרים סוג של מגנט מיניאטורי. כאשר זרם מנהור זורם דרך מגנט זה, הספינים של האלקטרונים בזרם מתיישרים באופן מקביל למגנטיזציה שלו.

כעת, החוקרים הפעילו מתח קבוע וגם מתח מתנודד במהירות על קצה הטונגסטן הממוגנט, ומדדו את זרם המנהור שנוצר. על ידי שינוי עוצמת המתח ושינוי תדירות המתח המתנודד, הם הצליחו לצפות בתהודות אופייניות בזרם המנהור. צורתן המדויקת של תהודות אלו אפשרה להם להסיק מסקנות על התהליכים שהתרחשו בין האלקטרונים המנהרים לבין אלו של המולקולה.

שליטה ישירה בספין על ידי זרמים מקוטבים

מהנתונים, סטפנוב ועמיתיו הצליחו לגלות שני ממצאים. ראשית, ספיני האלקטרונים במולקולת הפנטסן הגיבו לשדה האלקטרומגנטי שנוצר על ידי המתח המתנודד באופן דומה לתהודת פאראמגנטית אלקטרונית רגילה. שנית, צורת התהודות הצביעה על כך שהיה תהליך נוסף שהשפיע על ספיני האלקטרונים במולקולה.

“תהליך זה הוא מה שנקרא ‘מומנט העברת ספין’, ולמולקולת הפנטסן ישנה מערכת מודל אידיאלית לכך,” אומר הדוקטורנט סטפאן קובאריק. מומנט העברת ספין הוא אפקט שבו הספין של המולקולה משתנה תחת השפעת זרם מקוטב ספין ללא פעולה ישירה של שדה אלקטרומגנטי. החוקרים מהמכון הטכנולוגי של ציריך הדגימו כי ניתן גם ליצור מצבי סופרפוזיציה קוונטיים של ספין מולקולרי בדרך זו. מצבי סופרפוזיציה כאלו משמשים, למשל, בטכנולוגיות קוונטיות.

“שליטה בספין על ידי זרמים מקוטבים ספין ברמה הקוונטית פותחת אפשרויות יישום שונות,” אומר קובאריק. בניגוד לשדות אלקטרומגנטיים, זרמים מקוטבים ספין פועלים באופן מקומי מאוד ויכולים להיות מכוונים בדיוק של פחות מננומטר. זרמים כאלה יכולים לשמש לכתובת רכיבי מעגלים אלקטרוניים במכשירים קוונטיים בדיוק רב וכך לשלוט במצבי הקוונטום של קיוביטים מגנטיים.

הפוסט מדענים פיתחו שיטה חדשה לשליטה במצבי קוונטום בעזרת קיוביטים מגנטיים הופיע לראשונה ב-Chiportal.