הודעת ועדת פרס נובל בשטוקהולם על הזוכים בפרס לפיזיקה לשנת 2025 - פרופ' ג'ון קלארק, פרופ' מישל דבורה ופרופ' ג'ון מרטיניס - על "גילוי מנהור קוונטי-מכני מיקרוסקופי וכימות אנרגיה במעגל חשמלי", חלפה כמעט בלי תהודה ציבורית בישראל. אבל בקהילת הפיזיקה הקוונטית - ובעיקר בקרב מי שעוקבים אחר מסעו של המחשב הקוונטי מחזון למציאות - התקבל פרס נובל השנה בהתרגשות רבה. אחד מהם הוא פרופ' נדב כ"ץ, ממייסדי חברת קראקל קוואנטום (QARAKAL QUANTUM) הישראלית, שעשה את הפוסט-דוקטורט שלו אצל פרופ' מרטיניס, שהיה הראשון להוכיח שתופעות קוונטיות מוזרות - שנחשבו עד אז נחלתו של העולם התת-אטומי בלבד - יכולות להתקיים גם במעגלים חשמליים גדולים הבנויים ממוליכי-על. בכך סלל מרטיניס את הדרך למה שמכונה "פיזיקה קוונטית במאקרו", והניח את הבסיס לקיוביטים מוליכי-על - אבני הבניין של מחשבי הקוונטים המודרניים.
ארבעה עשורים מאוחר יותר, פרופ' כ"ץ, יחד עם שותפו לייסוד החברה, ד"ר ניסן משכיל, והצוות שלהם, ממשיכים באותו נתיב מדעי, כשהם רותמים את אותם עקרונות פורצי דרך כדי לפתח דור חדש של מחשוב קוונטי - יציב יותר, יעיל יותר ובר-יישום תעשייתי אמיתי.
מרוץ עולמי לפיתוח חומרה
הרעיון לפתח מחשב קוונטי עלה כבר באמצע שנות ה-80' של המאה הקודמת, אך רק בשנים האחרונות התברר כיצד ניתן לממשו בצורה מעשית. זה לקח 15-20 שנים להדגמה ועוד 20 שנה להניב טכנולוגיה בשלה. "בעזרת רכיבים קוונטיים אפשר ליצור סוג חדש של חישוב, שבו למחשב הקוונטי יתרון עצום על פני מחשבים רגילים בזמני ריצה", מסביר כ"ץ. "זה מאפשר לפתור בעיות שלא ניתנות לפתרון במחשוב קלאסי. למשל, בעיות אופטימיזציה קריטיות, בעיות בהנדסת חומרים וכימיה קוונטית, פענוח צפנים".
כ"ץ מציין, כי לאורך השנים נצברו הוכחות ותובנות תיאורטיות שהדגימו את היתרון העצום של מחשוב קוונטי בתחומים אלה. "אבל יש הבדל גדול בין תיאוריה לפרקטיקה", הוא מחדד. "הפלטפורמה הממשית שלנו מבוססת על מוליכי-על, שבהם מעגלים אלקטרוניים מגלים התנהגות קוונטית. התנהגות זו מאפשרת את פעולת המחשב וזה בדיוק הנושא שעליו הוענק פרס נובל".
לפי כ"ץ, מדובר לא רק בחשיבות מדעית, אלא גם ביישומים מוגדרים וברורים בעלי השפעה ממשית על האנושות. "יש מרוץ עולמי לפיתוח חומרה, שתאפשר את היתרון הזה בפועל, לצד פיתוח יכולות אלגוריתמיות מתקדמות שיאפשרו למחשב הקוונטי להתמודד עם בעיות מורכבות".
כשחוקר מהאקדמיה פוגש מנהל בכיר בתעשייה
כ"ץ, המכהן כיום כ-CTO של קראקל קוואנטום, עוסק זה למעלה משני עשורים במחקר ובפיתוח של טכנולוגיות קוונטיות, ממדעי הבסיס ועד ליישומים הנדסיים. דרכו החלה בעבודת הדוקטורט שלו במכון וייצמן, שעסקה בלייזרים ובאטומים קרים, ונמשכה כאמור בפוסט-דוקטורט אצל פרופ' מרטיניס באוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה.
עם שובו לישראל היה כ"ץ בין הראשונים שהביאו לארץ את תחום המחשוב הקוונטי המבוסס על מוליכי-על. הוא הקים באוניברסיטה העברית את המעבדה למעגלים קוונטיים ובמקביל ייסד וניהל את המרכז לאינפורמציה קוונטית של האוניברסיטה העברית, קהילה אקדמית בין-תחומית שבה חברים עשרות חוקרים ממדעי המחשב, הפיזיקה, הכימיה וההנדסה.
מאז 2018 הוא משמש כנציג ישראל ברשת הקוונטים האירופית QCN –(Quantum Community Network), הפועלת תחת תוכנית הדגל הקוונטית של האיחוד האירופי, וכיום הוא גם מכהן כנשיא האגודה הישראלית לפיזיקה.
עמיתו, ניסן משכיל, שותף-מייסד וכיום מנכ"ל קראקל קוואנטום, הגיע אל עולם המחשוב הקוונטי מתוך קריירה ארוכה ומרשימה בתעשייה הביטחונית. הוא שירת בחיל האוויר, שם גם רכש את השכלתו האקדמית - תואר ראשון, שני ודוקטורט בפיסיקה - והמשיך משם לאלתא, שבה בחר לעבוד במקום לצאת לפוסט-דוקטורט שהוצע לו באוניברסיטת הרווארד.
בתעשייה האווירית, ובמיוחד בחברת-הבת אלתא, הקים משכיל קבוצה שעסקה בפיתוח תשתיות אלגוריתמיות לעיבוד אותות ותמונה, וניהל שורה של פרויקטים ביטחוניים מתקדמים. בהמשך מונה לסמנכ"ל חברת קונטרופ, ולאחר מכן חזר לאלתא כדי להוביל ב-CTO תעשייה אווירית את הקמת תוכנית הקוונטים של החברה - מהלך שביקש להכשיר תשתית ידע, כוח אדם ויכולות בתחום שהיה אז רק בראשית דרכו בישראל.
משכיל משמש כיום כיו"ר המאגד הישראלי למחשוב קוונטי, שהוקם ביוזמת רשות החדשנות ובו שותפים חברות עסקיות, מוסדות אקדמיים ובהם האוניברסיטה העברית, הטכניון, אוניברסיטת בר-אילן ומכון ויצמן, וכן שירותי בריאות כללית. ברשות מאמינים כי שיתוף הפעולה הציבורי, הפרטי והאקדמי הבא לידי ביטוי במאגד, יעמיד את ישראל בחזית המדעית והטכנולוגית העולמית בתחום המחשוב הקוונטי.
כ"ץ ומשכיל נפגשו לראשונה לפני כחמש שנים, כאשר משכיל עסק בפיתוח מכ"ם קוונטי במסגרת פעילותו באלתא. המפגש בין הפיזיקאי האקדמי לאיש ההנדסה והמערכות הוליד שיח פורה על האתגרים שביישום עקרונות קוונטיים בעולם המעשי, שיח שהפך במהרה לרעיון משותף להקמת חברה.
לפני כשנתיים הפך הרעיון למציאות עם הקמת קראקל קוואנטום, שבה שותפות גם התעשייה האווירית-חברת הבת אלתא, ו"יישום" - חברת המסחור של האוניברסיטה העברית. אליהם הצטרף עופר ירדן, מנכ"ל חברת אומניסיס, שמכהן כיו"ר החברה. אומניסיס מעניקה לחברה תמיכה לוגיסטית ומשמשת גשר נוסף בין התעשייה הביטחונית לעולם החדש של טכנולוגיות קוונטיות.
אז מה גורם לחוקר אקדמי ולמנהל בתעשייה ביטחונית גדולה להעז ולהקים מיזם עסקי בתחום שהוא רווי סיכונים?
כ"ץ: "מדובר בשילוב בין ההבנה שהפיתוחים המחקריים בשלים למימוש מסחרי, לבין הרצון להוביל כיוון שאנחנו מאמינים בו. בתעשייה יש את הצורה הארגונית ואת המשאבים שאין באקדמיה. האקדמיה מצטיינת בפיתוח רעיונות נועזים וחדשניים, ואפילו ביצירת אבות-טיפוס, אבל כדי לבנות מחשב קוונטי שלם, עם כל המורכבות והאתגרים הכרוכים בכך, כולל שיתופי פעולה רחבי היקף, יש לעבור למוד תעשייתי".
משכיל: "במהלך הפעילות שלי במגזר הביטחוני הבנתי כי כדי לממש את ההבטחה של טכנולוגיות קוונטיות נדרשת קפיצה מחשבתית. לא עוד מחקר תיאורטי בלבד, אלא יישום של חומרה קוונטית אמיתית וקרובה לשוק. מתוך ההבנה הזו התחלתי לפתח פתרונות חדשניים שנועדו להאיץ את כניסת המחשוב הקוונטי לעולם היישומים המעשיים, פיתוחים שהניחו את היסוד להקמת קראקל קוואנטום ולפריצות הדרך שהחברה השיגה מאז".
המטרה - להציג ב-2028 מערכת בעלת ערך
בקראקל קוואנטום מועסקים כיום 21 עובדים, רובם בעלי תואר שלישי, הבאים מרקעים שונים - מהנדסי חשמל, פיזיקאים, מדעי המחשב - והחברה מתכננת להרחיב את מצבת העובדים בעתיד הקרוב. היא פועלת ממשרדיה בתל אביב ובירושלים, ולדברי משכיל היא נערכת בקרוב לגיוס הון משמעותי מקרנות הון סיכון. "ברשותנו כבר מחשב קוונטי ראשון מבוסס על-מוליכים, והדגמנו במעבדה אפליקציות ראשוניות", הוא מספר. "במקביל, הצוות עובד על הדור הבא של המחשב הקוונטי, שכבר נמצא בתהליכי ייצור".
כ"ץ מדגיש את הגישה הטכנולוגית של החברה: "ליבה היכולת שלנו היא תכנון מלמעלה למטה, בגישת system analysis, שמקיפה את כל הרבדים. מבחן המחשב הוא הביצועים שלו, ולכן הגישה שלנו כוללת תכנון, מימוש ותחקור של הצ'יפ הבא על פי מדדים, אנליזה וניתוחים מדויקים".
"הצוות שלנו מאוד מיומן ומסוגל לתכנן, לאחד ולסמלץ צ'יפים מתקדמים, ולהתאים אותם ליישומים שונים", מוסיף משכיל. "הייצור של הצ'יפים יתבצע מחוץ לישראל והחברה מחפשת שיתופי פעולה אסטרטגיים בתחום. בנוסף, אנחנו שותפים למאגד של רשות החדשנות ועובדים בצמוד עם שאר השותפים במאגד, במטרה לשלב יכולות מתקדמות בכל רבדי הפעולה ולהעצים את המחשב הקוונטי".
מהן אבני הדרך הצפויים להמשך הפיתוח?
משכיל: "לוחות הזמנים לפיתוח בחברה נקבעו לפי שלבים ברורים: המדגים הראשון כבר הוצג במעבדה, המדגים השני צפוי בשנה הבאה ויציג יכולות תכנון ומימוש מתקדמות יותר. היעד המוביל הבא הוא להציג ב-2028 מערכת בעלת ערך למשתמשי קצה בתחומים מגוונים".
מהם תחומי השימוש הפוטנציאליים?
משכיל: "אנחנו כבר מכוונים לתחומים שונים, כמו למשל תחומי התחבורה והתעבורה. דוגמה לכך היא אופטימיזציה של תנועה אווירית, שבה המחשב הקלאסי עובד היטב בתנאים יציבים, אך מתקשה במצבים דינמיים או כאוטיים, שעלולים לסכן חיים ולגרום לנזק כלכלי. כאן המחשב הקוונטי מציע יתרון משמעותי, כולל גם טיוב מסלולים וחישוב מסלולים קצרים יותר. בנוסף, החברה מבצעת הדגמות ראשוניות בלמידת מכונה קוונטית ומשתפת פעולה עם גופים בתחום הרפואה לבדיקות דנ"א, בהקשר של רפואה מותאמת אישית, כאשר רשות החדשנות מגלה עניין רב בפיתוחים אלה".
כ"ץ: "המטרה שלנו היא לתת מענה לבעיות בחזיתות קריטיות, כגון אקלים ולוגיסטיקה. מערכות כיום פשוט נחנקות ולא מסוגלות לפתור אותן באמצעות מחשוב קלאסי. בדיוק בשל כך מתקיים מרוץ עולמי, שכן כולם מבינים שמדובר בפרדיגמה שמשנה את כללי המשחק".
השאלה היא האם השוק כבר בשל לכך?
"כן. מדובר בשוק של מיליארדי דולרים, אך כיום הוא מוגבל על ידי מגבלות חומרה, שכן מחשבים קלאסיים אינם מסוגלים להתמודד עם היקף המידע והמורכבות של בעיות מסוימות".
עם זאת, מוסיף כ"ץ כי אחת המומחיות המרכזיות הנוספות שפיתחה החברה נוגעת לשילוב בין מחשב קלאסי למחשב קוונטי. "אנחנו מפתחים אלגוריתמים היברידיים", הוא מסביר, "הבעיה מוצגת על ידי המחשב הקלאסי, כאשר ניתוח הנתונים נעשה בפינג-פונג בין הקלאסי לקוונטי, והצגת התוצאות מתבצעת בסנכרון ביניהם".
הפוטנציאל הוא עצום
לדברי שני המייסדים, חלק מהפיתוחים של החברה מוגנים על ידי פטנטים רשומים, בעוד שחלק מהתהליכים והידע הפנימי נשמרים כסוד מסחרי, אסטרטגיה שמאפשרת לשמור על יתרון תחרותי בשוק שבו החדשנות מהירה והמרוץ עולמי.
דיברתם על שיתופי פעולה אסטרטגיים. תוכלו להרחיב על כך?
משכיל: לקראקל קוואנטום יש שיתופי פעולה משמעותיים גם בארץ וגם בחו"ל. בנוסף לשיתוף הפעולה עם אוניברסיטאות, במסגרת המאגד של רשות החדשנות, היא משתתפת בפרויקטים בין-לאומיים, למשל במסגרת תוכניות EURICA. שיתופי פעולה אלה מאפשרים להאיץ את פיתוח היכולות שלנו על ידי עבודה עם גופים חיצוניים בעלי מומחיות ייחודית. אנחנו מאמינים, כי רק פיתוח בשילוב עם גופים אקדמיים ובין-לאומיים יאפשר לנו להגיע לחדשנות ממשית וליצור מחשב קוונטי בעל ערך יישומי גבוה".
מה לגבי שילוב בין חישוב קוונטי לבינה מלאכותית?
כ"ץ: "זה בהחלט כיוון מרתק. כבר כיום יש עבודות, בארץ ובעולם, שמראות על פוטנציאל לקשר עמוק בין התחומים. אך חשוב לדייק - כדי שהאינטגרציה באמת תניב ערך, היא חייבת למנף את היתרונות הייחודיים של כל אחד מהם ולהביא לתועלת הדדית משמעותית".
מה החזון ארוך הטווח של החברה?
משכיל: "התחום נמצא בראשית דרכו ובפריצה משמעותית אל עבר יישום ומסחור. למעשה, אנחנו רק בתחילת ההבנה של הצורך בשימוש במחשב קוונטי וביישומים שהוא יכול להציע. הפוטנציאל העצום עוד מחכה להתגלות ושווי השוק העולמי מוערך בעשרות מיליארדי דולרים בתוך העשור הקרוב. קראקל קוואנטום שואפת להציג ארכיטקטורה חדשנית במחשוב קוונטי, במטרה לפתח מוצר ישים ותחרותי בשנים הקרובות. אנו שואפים להוביל בתחום זה ברמה העולמית".
כ"ץ: "אנו מאמינים כי שילוב נכון של הון אנושי מצוין ואיגום משאבים יכול להביא לפיתוח יכולות תכנון בכל הרבדים של מחשוב ומדידה, מה שאכן יאפשר לנו להגיע לפריצת דרך ייחודית ברמה העולמית. אם לפני שני עשורים התהייה הייתה האם תופעות קוונטיות יכולות להתקיים בעולם המאקרו, הרי שכיום ישראל כבר מבקשת להפוך אותן לבסיס למחשוב מעשי, ואולי גם למהפכה המדעית הבאה".
"אסור לישראל לפגר במרוץ העולמי"
כל המומחים בתחום המחשוב הקוונטי מעריכים, כי הוא ישנה מן היסוד את העולם שבו אנו חיים וכי מדובר ככל הנראה בטכנולוגיה המשבשת ביותר כיום, שתשפיע על שווקים רבים, כגון רפואה ופארמה, פיתוח חומרים, אנרגיה, תחבורה ולוגיסטיקה, ביטחון ועוד.
לדברי ד"ר ניסן משכיל, מתקיים כיום מרוץ חסר תקדים בין המעצמות הגדולות להשגת יתרון תחרותי בתחום וזאת לאור חשיבותו לביטחון הלאומי. "לאירופים יש תוכנית משותפת לקידום מחשוב קוונטי וכמובן גם לסינים. ארה"ב הקימה שותפות עם בריטניה, יפן ואוסטרליה בתחום. ההבנה היא שמדובר בתשתית לאומית קריטית שמחייבת השקעה. למרות שהמחשוב הקוונטי הינו תחום עתיר סיכון, הוא עשוי להציב את ישראל בחזית העולמית כטכנולוגיה מאפשרת לפיתוח יישומים במגוון שווקים".
זה מעלה את השאלה היכן עומדת ישראל במרוץ זה?
"האקדמיה הישראלית מפתחת כיום יכולות קוונטיות מתקדמות, במיוחד גם באוניברסיטה העברית, שמובילה את התחום בשיתוף עם התעשייה. גם מפא"ת (המִנהל למחקר ולפיתוח אמצעי לחימה ותשתית טכנולוגית במשרד הביטחון) וגם רשות החדשנות זיהו זאת ככיוון אסטרטגי, בעל פוטנציאל להניב פריצות דרך מדעיות וטכנולוגיות, ומשקיעות בו באופן נרחב. השנה הסתיימה תוכנית החומש הקוונטית הישראלית בהיקף של 1.2 מיליארד שקלים ואנו מקווים שהיא תתחדש בשנה הבאה. מדובר בתחום שבו נדרשות השקעות עתק מצד הממשלה, לאור המרוץ העולמי ולאור העובדה שמדובר, כאמור, בתשתיות חיוניות של המדינה".
כמה תקציב נדרש כיום להערכתך?
"את אותו סכום של התוכנית שהסתיימה רק בדולרים... אבל חשוב להבין שמדובר במרוץ עם השלכות ישירות על הביטחון הלאומי והכלכלה ואסור לישראל לפגר בו. זו טכנולוגיה שתלווה אותנו בעתיד הנראה לעין ותשפיע מאוד על תחומים רבים. ההשקעה בה ברמה הלאומית גם תאפשר להייטק הישראלי להמשיך להוביל עולמית. כלומר, כל המשאבים הלאומיים שיושקעו במחשוב קוונטי ייצרו יכולות חדשות ויהוו מכפיל ערך משמעותי. זו השקעה עם תשואה עתידית גבוהה ביותר".
בשיתוף קראקל קוואנטום
