ד"ר אליהו כהן מהנדס את העתיד

ד"ר אליהו כהן מהפקולטה להנדסה בבר-אילן מספר מהי הנדסה קוונטית, מהי החשיבות שלה, מה אפשר לעשות איתה ולמה כדאי להתמחות דווקא בה. וכן, הוא מחפש מתמחים

בשנים הקרובות צופה ד"ר אלי כהן את עלייתו של תחום שנמצא בארץ רק בשלביו הראשונים: הנדסה קוונטית. "העיסוק בטכנולוגיות קוונטיות הוא חלק ממגמה עולמית, וכבר היום ניתן לראות חברות גדולות שמתעניינות בנושאים האלה ויש להן מחשבים מבוססי טכנולוגיות קוונטיות שעובדים היטב, כמו גוגל ו-IBM." אומר כהן. "אפילו בתעשיות הבטחוניות, שהן יחסית שמרניות, מתעניינים מאוד בתחום, ובישראל זו ממש משימה לאומית, כי הגורם הראשון שיצליח למשל להשתמש במחשבים קוונטיים על מנת לפרוץ שיטות הצפנה קלאסיות ישיג יתרון מאוד גדול על פני המתחרים."

כהן, בן 32, נשוי ואב לילדה, עוסק בתורת הקוונטים למעשה כבר מהתואר הראשון שלו, אותו עשה בפיזיקה ומתמטיקה באוניברסיטת תל אביב. בתואר השני והשלישי שלו, בהנחיית פרופ' יקיר אהרונוב (ובתואר השלישי גם בהנחיית פרופ' לב ויידמן), חקר את נושאי הזמן והאי לוקאליות בתורת הקוונטים. משם המשיך לפוסט דוקטורט במכון מחקר רב תחומי של אוניברסיטת בריסטול, בו חקר אינפורמציה קוונטית, ולפוסט נוסף בקבוצה נסיונית של המרכז לפוטוניקה קוונטית באוניברסיטת אוטווה שבקנדה. באוקטובר האחרון הצטרף למסלול האלקטרו-אופטיקה במחלקה להנדסת חשמל של הפקולטה להנדסה בבר אילן.

בסמסטר הנוכחי הוא מלמד קורס בחישוב קוונטי לתארים מתקדמים, ובשנה הבאה ילמד גם פיזיקה קוונטית יישומית לתואר ראשון. "תורת הקוונטים החלה להתפתח לפני יותר ממאה שנה, והיא ייחודית בהרבה מובנים. בפרט, היא מסתמכת על עיקרון האי וודאות, ולכן הניבויים שלה לגבי תוצאות מדידות הם הסתברותיים. במשך שנים רבות, למעשה עד היום, מנסים להבין את היסודות שלה באופן יותר עמוק, ואלה נושאים שחקרתי ואני ממשיך לחקור", הוא מספר. "תורת הקוונטים מאפשרת את קיומם של מצבים שאין להם שום אנלוג קלאסי, מצבים שזורים. אם למשל אני מחזיק חלקיק קוונטי בצד אחד של היקום, ומישהו בקצה השני של היקום מחזיק חלקיק אחר ששזור אליו - בין שני החלקיקים האלה תהיה קורלציה הרבה יותר חזקה מזו שאפשר להשיג עם חלקיקים קלאסיים. זהו ייחודם של הרבה מצבים שזורים, ואחת התיאוריות שאני מנסה לקדם דוגלת בכך שעוצמת הקורלציות נובעת מעיקרון בסיס חדש שנקרא אי וודאות מוכללת, כלומר משילוב של אי וודאות וסיבתיות."

אולם כאמור, כהן לא מתעניין בתורת הקוונטים ברמה התיאורטית בלבד. "הדיונים הקונספטואליים היסודיים לגבי תורת הקוונטים קיבלו תפנית החל משנות השמונים, והובנה החשיבות המעשית של אספקטים קוונטיים לרבות סופרפוזיציה ושזירה קוונטית. בשנות השמונים התחילו לצמוח מתורת הקוונטים תחומים מעשיים: חישוב קוונטי, שמאפשר לבצע משימות חישוב קלאסיות ביעילות גבוהה הרבה יותר, תוך שימוש בחומרה ואלגוריתמים קוונטיים; סימולציות קוונטיות, באמצעותן מתאפשר לדמות, לחקור ולעקוב אחר הדינמיקה של מערכות קוונטיות באופן יעיל; מטרולוגיה קוונטית, שתכליתה למדוד פרמטרים באופן מדויק מאוד; ותקשורת קוונטית, שמאפשרת להעביר אינפורמציה באופן מאובטח: בשל עיקרון אי הוודאות, האבטחה נובעת מחוקי הטבע עצמם, ולא רק משיקולים פרקטיים." הוא מסביר. "עם הזמן התחומים האלה התפתחו מאוד, והופיעו גם חומרים קוונטים חדשים. כל אלה מתווים את מה שקרויה היום המהפכה הקוונטית השנייה. בעשור האחרון, פחות או יותר, הבשילו התנאים המעשיים לפיתוח של אותן יכולות קוונטיות מתקדמות - כלומר להנדסה קוונטית."

כהן מוצא כמה וכמה סיבות טובות להתמחות דווקא בתחום של הנדסה קוונטית, אף על פי שמדובר בתחום שנמצא יחסית בחיתוליו. "בתור התחלה, טכנולוגיה המבוססת על תורת הקוונטים מהווה תחום חדש יחסית, והיא תפתח בפני המחזיקים בה אפשרויות רבות. למשל, בכל הקשור למודיעין צבאי ועסקי: התקשורת הקוונטית דואגת בעיקר לאינטרסים של הצד המגן, בעוד שחישוב קוונטי עשוי לשרת את התוקף, וכל אחד מהם יכול להעניק יתרון משמעותי למי שאוחז בו. גם הפיתוח של מטרולוגיה, למשל, יכול להוביל לאמצעי מודיעין, סנסורים ואמצעי חישה, בעלי דיוק חסר תקדים. כיום כבר קיימות מערכות הצפנה קוונטית עובדות, אם כי לא בקנה מידה גדול מספיק, והאתגר הבא יהיה פיתוח מחשב קוונטי, שיוכל למשל לפרוץ שיטות אבטחה שמשתמשים בהן היום (למשל באינטרנט ובבנקים), וזה לא דבר קטן" מבהיר כהן. "אבל עוד לפני ההיבט הפרקטי, מדובר פשוט בתחום אינטרדיסציפלינרי מרתק, שיושב על התפר שבין פיזיקה, מדעי המחשב והנדסה, ובמקרים מסוימים גם כימיה וביולוגיה. במהלך המחקר שלי עסקתי בפועל בארבעת התחומים העיקריים של טכנולוגיות קוונטיות - תקשורת, חישוב, מטרולוגיה וסימולציות - ואני חושב שהקישורים הבינתחומיים בנושאים האלה עשירים ותורמים מאוד להתקדמות שלנו. לכן בימים אלו, כשאני מקים את קבוצת המחקר שלי, אני מחפש סטודנטים בכל התארים ובכל הדיסציפלינות לפרויקטים תיאורטיים או ניסיוניים. אני יודע שסטודנטים להנדסה בדרך כלל תוהים היכן יוכלו לעבוד כשיסיימו את הלימודים, ואני חושב שמי שיבואו להתמחות בתחום הזה - ימצאו בשנים הקרובות יותר ויותר מקומות עבודה."