תוכנית לימוד חדשנית משלבת פיזיקה, מדעי המחשב וטכנולוגיות קוונטיות

המחלקה לפיזיקה והמחלקה למדעי המחשב באוניברסיטת בר־אילן פותחות תוכנית חדשה לתואר ראשון חד־חוגי בפיזיקה חישובית קוונטית. התוכנית משלבת ידע מעמיק עם כלים פרקטיים ומתמקדת בטכנולוגיה קוונטית.

המהפכה הטכנולוגית הקוונטית המתרחשת בימים אלה צפויה להמשיך ולהתעצם בשנים הקרובות. פיתוחים וחדשנות בתחום זה מחייבים ידע עמוק בפיזיקה ובמדעי המחשב כאחד, "אבל מעטים המומחים שיש להם את הידע הכפול הדרוש כדי להשפיע בתחום זה שיהיה מרכזי מאוד בטכנולוגיה העתידית," אומר פרופ' ליאור קליין, ראש המחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בר־אילן. "גם בארץ וגם בעולם מקצים משאבים אדירים לקידום המחקר, ההוראה והפיתוח של טכנולוגיות קוונטיות; ואנו במחלקה לפיזיקה החלטנו להרים את הכפפה ועם המחלקה למדעי המחשב באוניברסיטת בר־אילן – מובילה עולמית בבינה מלאכותית, ברובוטיקה ובסייבר – פיתחנו תוכנית לימודים מדויקת לתואר ראשון שמספקת את הידע המרכזי הנדרש בפיזיקה ובמדעי המחשב מתוך התמקדות בטכנולוגיות קוונטיות בשני שדות הידע".

התוכנית החדשה לתואר ראשון בפיזיקה חישובית קוונטית באוניברסיטת בר־אילן פתוחה למועמדים ולמועמדות מצטיינים שציון הפסיכומטרי שלהם הוא לפחות 690, נוסף על 5 יח"ל פיזיקה ו־5 יח"ל מתמטיקה.

לאחר שישלימו הסטודנטים והסטודנטיות את לימודיהם בתוכנית היוקרתית, כל האפשרויות תהיינה פתוחות בפניהם, הם יוכלו להמשיך לתארים מתקדמים ולמחקר או להשתלב בתעשייה. פרופ' גל קמינקא, ראש המחלקה למדעי המחשב, אומר: "המחלקה למדעי המחשב רואה חשיבות מיוחדת בתוכנית המשותפת עם המחלקה לפיזיקה לתואר שיכין את הבוגרים והבוגרות לתחילת מסלול קריירה בפיתוח טכנולוגיות חישוב קוונטי".

להשתתף במהפכה הטכנולוגית הקוונטית

שוק התעסוקה זקוק למומחים ולמומחיות בפיזיקה קוונטית ובמדעי המחשב גם יחד. "בארבע השנים האחרונות הוקמו בישראל שמונה חברות סטרט־אפ שעוסקות בטכנולוגיה קוונטית," אומר ד"ר תומר סיימון, המדען הראשי של מיקרוסופט ישראל מחקר ופיתוח, "והן מיצו את כוח האדם הקיים היום בתחום בארץ. הפוטנציאל עוד בחיתוליו, ההתעניינות ניכרת וגיוס הכספים עצום גם מהעולם, גם ממפא"ת ומרשות החדשנות, שפרסמה לא מזמן מכרז לפיתוח מחשב קוונטי ישראלי. בשנתיים–שלוש הקרובות כבר יהיו לא־מעט פריצות דרך בטכנולוגיות המחשוב הקוונטי," מעריך ד"ר סיימון. "חוץ מהאצת חדשנות בתעשיות הסייבר, בביטחון, ברפואה, הטכנולוגיה הקוונטית תעשה מהפכה מהותית ותביא לידי קפיצות מדרגה במגזרים רבים אחרים, מחיזוי מזג אוויר ועד עולמות הביטוח, הבורסה והפיננסים. כבר עכשיו, אנו רואים בנקים שמקימים צוותים שמתמחים במחשוב קוונטי".

ד"ר סיימון, שניצל את הבידודים של מגפת הקורונה כדי ללמוד לכתוב קוד למחשוב קוונטי, מבקש להדגיש, "אנחנו כבר בשלב הדיפטק, עברנו מתאוריה להנדסה, אבל עוד יש בעיות פיזיקליות לפתור בדרך. תקוותנו היא שהמחשוב הקוונטי, ארכיטקטורה שבפעם הראשונה עובדת כמו הטבע ומשתמשת בחלקיקים הקטנים ביותר בטבע – יונים, פוטונים ואטומים – תסייע לאנושות להתמודד ולפתור את הבעיות הקריטיות הניצבות בפניה, את משבר האקלים, את משבר המזון ובעיות נוספות. המטרה היא שנצליח, למשל, לפתח זרזים ללכידה ולקיבוע של חנקן ביעילות וללא נזק משני, ממש כמו שעושה הגרניום בגינה שלי," הוא אומר.

למידע נוסף על התוכנית החדשה לתואר ראשון בפיזיקה חישובית קוונטית.

ללמוד לכתוב בשפת הקוונטים – השפה של המציאות החדשה

"מכניקת הקוונטים פותחת מחדש ערוצים שבטכנולוגיה הקלאסית הגענו בהם לקצה גבול היכולת," מסביר פרופ' אבי פאר, מומחה לחישה קוונטית אופטית ולתקשורת קוונטית ומי שמוביל את התוכנית לפיזיקה חישובית קוונטית באוניברסיטת בר־אילן. "למשל, מדוע אסור להעלות נוזלים לטיסה? כי לחץ האדים של נוזל נפץ הוא כל כך נמוך שגם החיישנים הקלאסיים האולטימטיביים שפיתחנו אינם מסוגלים לחוש בו. חיישנים קוונטיים יהיו פי 10 ואפילו פי 100 רגישים יותר. חישה כזאת, יכולות מדידה קוונטיות של מרחק ושל זמן, רזולוציות קוונטיות במיקרוסקופיה – כל אלה יפתחו ערוצים חדשים ויהיו להן אפליקציות רבות מאוד, כאלה שאנחנו עוד לא משערים אפילו".

"המחשב הקוונטי הוא מכונה שונה לחלוטין מהמחשב הקלאסי," מוסיף פרופ' פאר. "במחשב הקלאסי כל פעולה נשענת על 0 או 1, ולעומתו המערכות הקוונטיות מסובכות מאוד. החלקיקים הבסיסיים של המחשוב הקוונטי, הקיוביטים, נמצאים ב"סופר־פוזיציה", כלומר, הם יכולים להיות גם 1 וגם 0 (באופן הסתברותי) בו־ זמנית, מצב שמאפשר את ההישגים החישוביים החדשים. כדי להבין את המכונה הזאת דרוש הידע העמוק והמבוסס בפיזיקה, וכדי לממש את היכולות הללו בעולם שבו ימשיכו לשרת אותנו המחשבים הקלאסיים שגם יצטרכו לתקשר עם המחשב הקוונטי – דרוש הידע במדעי המחשב".

פרופ' עמנואל דלה טורה, מומחה לאופטיקה, מוליכות־על ומצב מוצק ומרצה בתוכנית החדשה, מוסיף "בתוכנית שלנו זוכים בשני העולמות: גם כלים מעשיים וגם מדע בסיסי מרתק, בעצם יצרנו את הקשר בין טכנולוגיה וחדשנות למציאות. כשמסתכלים דרך מיקרוסקופ רואים את האטומים ואת המולקולות, החלקיקים הקטנים הללו מתנהגים אחרת לגמרי מהעצמים הגדולים, מכניקת הקוונטים מתארת את פעולתם, והעולם הקוונטי הוא עולם די משוגע. מה זה אומר שהביט יכול להיות גם 0 וגם 1? בפועל זה אומר שיש לי חוט מוליך, מעגל, שבו יש זרם ואין זרם בו־זמנית. מהי המציאות שבה מתרחש התהליך הפיזיקלי הזה? המחשב הקוונטי שפועל ככה הוא אמיתי, יש שם מציאות, ואת המציאות הזאת, איך לחקות אותה ואיך לכתוב קוד למחשב קוונטי ולתכנת אפליקציה למחשב קוונטי – את כל הנושאים האלה לומדים בתוכנית החדשה.

"התוכנית אקסקלוסיבית מאוד. הלמידה בקבוצה מבריקה ומוכשרת כזאת מעודדת את הלומדים והלומדות למצוינות," אומר פרופ' דלה טורה, ודוגמה טובה לכך הוא דוד דנטלסקי, שסיים השנה את הדוקטורט בהנחייתו ובהנחיית ד"ר יונתן רוכמן ויוצא כעת לתעשייה. דוד מספר, "אני מצטרף עכשיו לסטרט־אפ שעוסק במחשוב קוונטי וקשור לחברה גדולה בארה"ב. החברה מפתחת רכיב במחשוב קוונטי שישמור מידע בגלי אור במקום שמירה אלקטרונית. צפויה לי עבודה מחקרית בתעשייה, אבל שלא כמו באקדמיה, מהרעיונות המחקריים התאורטיים צריך לצאת גם משהו ישים, היבט מרכזי בעבודה הוא איך לפתח רעיון במגבלות הפרקטיות".

תואר ראשון שמכין אותך להווה ולעתיד – באווירה מיוחדת במינה

התוכנית החדשה באוניברסיטת בר־אילן פותחה בהתאם לכל הצרכים האלה, קיבלה את אישור המל"ג לתואר ראשון בפיזיקה חישובית קוונטית והיא כוללת את כל הקורסים העיקריים בפיזיקה ואת כל קורסי הליבה במדעי המחשב, נוסף על מבואות בפיזיקה קוונטית: חישוב, תקשורת, טכנולוגיות ואינפורמציה קוונטיים. לכך מצטרפת גם מעבדה ייעודית שמתמקדת בטכנולוגיות קוונטיות ומספקת חוויה ייחודית מסוגה לסטודנטים ולסטודנטיות בתוכנית.

"במחלקה לפיזיקה, כמדיניות, אנחנו מזמינים סטודנטים וסטודנטיות להצטרף למעבדות ולעשות פרויקטים ניסויים כבר בשלבים הראשונים ממש בלימודים לתואר ראשון, ואף מעניקים להם מלגות לשם כך," אומר ד"ר יוסי בן־ציון, סגן ראש המחלקה לפיזיקה. "בתוכנית החדשה לפיזיקה חישובית קוונטית יערכו הסטודנטים והסטודנטיות שלושה או ארבעה ניסויים ויזכו לגעת בידיים בעקרונות שזירה קוונטית (Entanglement), הם יבצעו את הניסויים הקנוניים שמהם צמחה הטכנולוגיה הקוונטית, ניסויים באופטיקה קוונטית, במצב מוצק, הם ילמדו איך בונים קיוביט – היחידה הבסיסית שעליה מבוסס המחשב הקוונטי."

ההתלהבות בקולה של נחלה גנוט, סטודנטית בשנה השנייה לתואר ראשון במחלקה לפיזיקה, לא משאירה מקום לספק, היא עפה על הלימודים שלה. "עודדו אותנו להצטרף לפרויקט קיץ כבר בשנה א', הייתי בעניין, קיבלתי מלגה וביליתי חודש במעבדה של פרופ' יוני טוקר, ביו־פיזיקאי, שחוקר בין היתר קשרים בין מולקולות. הכרתי את הצוות שלומד לתארים מתקדמים ובהנחיה שלהם ושל הפרופסור למדתי לעבוד עם תוכנות שונות ובניתי מערכת מראות שתוכל בהמשך לעזור לחקור בצורה טובה יותר את הקשרים ואת האופי של המולקולות.

"למדתי המון! גיליתי במעבדות עולם שלם של טכנולוגיה, דברים מגניבים שנראים רחוקים ומורכבים התגלו די פשוטים; ולעומתם, דברים יום־יומיים, כמו קרן שמש שחודרת דרך חלון או השתקפויות במראה – היום אני יודעת עד כמה הם מורכבים ומסובכים. לגעת בדברים בידיים, זה קריטי להבנה, וגם ממש כיף ומפתח את היצירתיות," אומרת נחלה, שמאז כבר המשיכה למעבדות אחרות ולהתנסויות נוספות. "זו זכות גדולה ומיוחדת מאוד.

הקשרים שנוצרים במחלקה בין סטודנטים וסטודנטיות בתארים השונים ובינינו למדענים הם ממש לא מובנים מאליהם. כולם מגויסים למטרה אחת, אוהבים פיזיקה ושמחים ללמד. יש הרגשה שאנחנו בידיים טובות, שחושבים עלינו באמת, דוחפים אותנו להעמיק ולהצטיין ודואגים לכל הדרוש כדי שנצליח". 

רוצים שנציג שלנו יחזור אליכם? השאירו פרטים