חדשות

מחקר חדש של בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב גילה שחלקיקים שמסתובבים בכיוונים הפוכים בנוזל יוצרים מבנה של שרשראות. השרשראות האלו מזכירות פולימרים אך בקנה מידה גדול יותר.

מממצאי המחקר עולה כי השרשראות הנוצרות לא יושבות בטל בנוזל אלא הן פעילות ויכולות לנוע במרחב ולהסתובב כבעלות חיים משל עצמן - הן נפגשות אחת עם השנייה, מחליפות שכנים וגונבות בני זוג משרשראות אחרות. הסתדרות עצמית זו מתרחשת בעקבות הזרימה שהחלקיקים עצמם יוצרים בנוזל. 

המחקר נערך בהובלת צוות חוקרים מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב: מתן גלוון, ארטיום צ'ירקו, יונתן קירפיץ', יהב לביא, נועה ישראל ופרופ' נעמי אופנהיימר. המחקר פורסם בכתב העת Nature Communications.

החוקר מתן גלוון מסביר: "המחקר עוזר להבין תופעות של פיזיקה של החיים. מערכות המורכבות מחלקיקים מסתובבים נפוצות מאוד בטבע בכל סקאלת גודל אפשרית, החל ממערבולות קוונטיות המתקיימות בנוזלי על ועד לחלבונים המסתובבים בממברנת התא, או הוריקנים הנפרשים על פני קילומטרים רבים. היווצרות והסתדרות של מבנים בטבע הינה הכרחית וקיימת סביבנו בכל מקום - החיים מסובכים מדי מכדי שניתן יהיה לייצר אותם באופן ידני. עם זאת, מלבד היווצרות גבישים, מדענים מבינים מעט מאוד על התהליכים הטבעיים שיוצרים מבנים מורכבים יותר.  במחקר החדש אנו מציגים ומסבירים תופעה של היווצרות שרשראות אקטיביות בחומר אותם אנו מכנים ג׳ירומרים, ואת התנאים המאפשרים להיווצרותם. הצלחנו לחזות בתופעה בניסויים במעבדה ובנוסף גם לשחזר אותה בסימולציות ולכתוב משוואות שמסבירות את הדינמיקה". 

פרופ' נעמי אופנהיימר מוסיפה: "מלבד תרומתו של המחקר להבנת מערכות אקטיביות בטבע, יש לו גם פוטנציאל יישומי רחב - החל מתכנון חומרים חכמים שמסתדרים מעצמם, דרך רובוטים זעירים המסתדרים לשרשראות ופועלים בנוזלים, ועד מערכות סינתטיות שמחקות תהליכים ביולוגיים. היכולת של חלקיקים פשוטים ליצור מבנים מורכבים באופן עצמאי מדגישה את העיקרון הבסיסי של החיים עצמם - סדר הנוצר מתוך תנועה, ומורכבויות המתפתחת מתוך אינטראקציות פשוטות".

המחקר הובל על ידי ד"ר יוסף כיאט מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, וממוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט, בשיתוף עם חוקרים מסין ומארה"ב, ופורסם בכתב העת Communications Biology מבית Nature. לדברי החוקרים, מדובר בממצא נדיר ביותר שמאפשר הצצה יוצאת דופן לא רק למבנה גופם של יצורים קדומים, אלא גם לאופן תפקודם.

כדי להבין את גודל ההפתעה, צריך לחזור להתחלה. ד"ר כיאט, אורניתולוג (חוקר עופות) המתמחה בחקר נוצות, מסביר: "שושלת הדינוזאורים נפרדה משאר הזוחלים לפני 240 מיליון שנה. זמן קצר יחסית לאחר מכן (בקנה מידה אבולוציוני) רבים מהדינוזאורים פיתחו נוצות – מבנה אורגני ייחודי, קל וחזק העשוי מחלבון ומשמש בעיקר לתעופה ולשמירת חום הגוף. לפני כ-175 מיליון שנה נוסדה שושלת דינוזאורים בעלי נוצות בשם 'פֶּנֶרַפּטורִָה' שממנה התפתחו הציפורים המודרניות - הענף היחיד ששרד את ההכחדה ההמונית שחתמה את עידן המזוזואיקון לפני 66 מיליון שנה, ובה נכחדו רוב הדינוזאורים האחרים. ככל הידוע לנו, קבוצת הפנרפטורה פיתחה נוצות למטרות תעופה, אך ייתכן שכאשר השתנו התנאים איבדו חלק מהדינוזאורים הללו את יכולת התעופה – בדומה ליען ולפינגווין בני ימינו".

^{אנכיאורניס. (צילום: The Tianyu Natural History Museum of Shandong (STM))}

הנוצות שחיכו 160 מיליון שנה כדי לספר סיפור

בלב המחקר עומדים תשעה מאובנים של דינוזאור קטן בשם אנכיאורניס, שמשתייך לקבוצת הפנרפטורה. תנאי ההתאבנות יוצאי הדופן באזור מציאתם אפשרו שימור נדיר במיוחד של הרקמות הרכות, כולל נוצות הכנף. אך מה שהפך את הממצא לחריג באמת הוא העובדה שאפילו צבע הנוצות השתמר: לבן, עם נקודה שחורה בקצה, דפוס ברור שחוזר לאורך שולי הכנף. 

כאן נכנס לתמונה פרט שנראה לכאורה שולי, אך התגלה כקריטי: החלפת נוצות. "נוצות צומחות במשך שבועיים-שלושה עד שהן מגיעות לגודלן המיועד, ואז הן מתנתקות מכלי הדם אשר מזינים אותן בזמן הצמיחה והופכות לחומר מת. עם הזמן הן נשחקות, נושרות, ומוחלפות בנוצות חדשות. תהליך החלפת הנוצות מספר סיפור חשוב: בעלי כנף שתלויים בתעופה, ובנוצות המאפשרות אותה, מחליפים את נוצותיהם בתהליך מסודר ומדורג ששומר על הסימטריה בין הכנפיים ומאפשר להם להמשיך לעוף גם במהלכו. לעומת זאת, אצל ציפורים ללא יכולת תעופה, תהליך החלפת הנוצות הוא אקראי יותר וחסר סדר. לפיכך, אופן החלפת הנוצות מספר לנו אם אותו בעל כנף מסוגל לעוף", מסביר ד"ר כיאט.

^{ד"ר יוסף כיאט}

הצבעים שהשתמרו במאובנים אפשרו לחוקרים לזהות נוצות חדשות שטרם השלימו את צמיחתן, כאלה שהנקודה השחורה בקצה שלהן חרגה מהפס האחיד. בחינה מדוקדקת של אותן נוצות בתשעת המאובנים העלתה דפוס ברור: החלפת הנוצות לא התרחשה באופן סדור וסימטרי. 

"על פי היכרותי עם עופות מודרניים זיהיתי את דגם החלפת נוצות המעיד כי אותם דינוזאורים ככל הנראה איבדו את יכולת התעופה. זהו ממצא נדיר ומרגש במיוחד: השתמרות הצבע של הנוצות העניקה לנו הזדמנות ייחודית לזהות תכונה תפקודית של אותם יצורים קדומים, ולא רק את מבנה הגוף המשתמר במאובנים הכוללים שלדים ועצמות", אומר ד"ר כיאט ומסכם "נשירת נוצות נראית כמו פרט טכני קטן, אבל כשבוחנים אותה במאובנים, היא יכולה לשנות את כל מה שחשבנו על מוצא התעופה. אנכיאורניס מצטרף כעת לרשימת דינוזאורים שהיו מכוסים נוצות אך לא מעופפים, ומדגיש כמה מורכבת ומגוונת הייתה האבולוציה של הכנף".

אוניברסיטת תל אביב מפרסמת את מחקר העמדות בחברה הערבית החדש של תוכנית קונרד אדנאואר לשיתוף פעולה יהודי-ערבי, במרכז משה דיין. מהנתונים עולה כי אם תקום מחדש הרשימה המשותפת שיעור ההצבעה יזנק ל-61.8% והרשימה המשותפת תזכה ב-15.5 מושבים בכנסת.

תמיכה משמעותית בשילוב פוליטי על רקע שחיקה בביטחון ובשייכות

עיקרי הממצאים שעולים מהסקר:

• שיעור ההצבעה בחברה הערבית צפוי להישאר דומה לבחירות האחרונות, אך איחוד מחדש לרשימה משותפת עשוי להעלות משמעותית את ההצבעה ולהכפיל כמעט את כוחן של המפלגות הערביות. אילו נערכו היום הבחירות לכנסת, שיעור ההצבעה הצפוי בחברה הערבית היה 52.4%, בדומה לשיעור שנצפה בבחירות לכנסת ה-25 (53.2%) ,שנערכו בנובמבר 2022. במצב זה, חד"ש-תע"ל (5.3 מושבים) ורע"מ (3.9 מושבים) צפויות לעבור את אחוז החסימה, ואילו בל"ד אינה צפויה לעשות זאת (2.6 מושבים). לעומת זאת, אם תקום מחדש הרשימה המשותפת בתור איחוד של ארבע המפלגות הערביות בדומה לעבר – חד"ש, תע"ל, רע"מ, בל"ד – שיעור ההצבעה הצפוי בחברה הערבית יזנק ל-61.8%, והרשימה המשותפת עשויה לזכות ב-15.5 מושבים.
• רוב מכריע בחברה הערבית תומך בהשתתפות פוליטית מלאה, כולל כניסה של מפלגה ערבית לממשלה הבאה, בכל הרכב או בממשלת מרכז–שמאל. רוב גדול (77.4%), תומך בהצטרפותה של מפלגה ערבית לממשלה שתקום לאחר הבחירות הבאות: 45.6% תומכים בהצטרפות לכל ממשלה שתקום, ו-31.8% תומכים בהצטרפות לממשלת מרכז-שמאל. שיעורים אלו דומים לממצאי סקרים קודמים שערכה תוכנית קונרד אדנאואר במהלך המלחמה.
• האלימות והפשיעה הן הסוגייה המרכזית עבור הציבור הערבי. רוב מכריע ממשתתפי הסקר (74%), ציין כי הסוגייה החשובה ביותר כיום עבור הציבור הערבי היא הטיפול בבעיית האלימות והפשיעה. סוגיות בולטות אחרות הן הסדרת הסוגייה הפלסטינית (7.6%), והסדרת התכנון והבנייה ביישובים הערביים (7%).
• הזהות הערבית והאזרחות הישראלית הן שני מרכיבי הזהות המרכזיים של האזרחים הערבים. בזהותם האישית של האזרחים הערבים בולטים שני מרכיבים עיקריים: הזהות הערבית (35.9%), והאזרחות הישראלית (31.7%). שני מרכיבים נוספים הם ההשתייכות לדת (17.3%), והזהות הפלסטינית (14.7%).
• תחושת הביטחון אישי נמוכה מאוד, לצד מצב כלכלי טוב יחסית. רוב מכריע בציבור הערבי (76.6%), מעידים כי תחושת הביטחון האישי שלהם חלשה. הסיבה העיקרית המשפיעה לרעה על מצב הרוח שלהם היא ריבוי מקרי האלימות ביישובים הערביים (51.9%), ובצדה החשש מפני התפרצותה של מלחמה חדשה באזור (14.2%), מצבם של הפלסטינים בעזה (11.3%), ומצוקה כלכלית (10%). לעומת זאת, רוב גדול (73.4%) ממשתתפי הסקר מעידים כי מצבם הכלכלי טוב יחסית – השיעור הגבוה ביותר שנמדד בסקרים שערכה תוכנית קונרד אדנאואר במהלך המלחמה.
• הרעה ביחסים על היהודים בעקבות המלחמה וירידה בתחושת השייכות למדינה. רוב גדול בקרב משתתפי הסקר (74.6%), ציין כי היחסים בין האזרחים הערבים ליהודים בישראל הורעו במהלך השנתיים האחרונות בעקבות המלחמה; 45.8% מהם אף ציינו כי היחסים הורעו במידה רבה. 37.5% ממשתתפי הסקר ציינו כי תחושת השייכות שלהם למדינה נחלשה בעקבות המלחמה בשנתיים האחרונות. בצד זאת, 50.8% מהם אמרו כי המלחמה לא השפיעה לכאן או לכאן על תחושותיהם ביחס למדינה.
• רוב הציבור הערבי תומך בשיתוף פעולה פוליטי עם יהודים, אך לא סבור שיהודים תומכים בכך. רוב בציבור הערבי (64.6% מהנשאלים), מאמין בשיתוף פעולה פוליטי ערבי-יהודי, אולם רק 44.7% מהם סבורים כי בציבור היהודי אכן יש תמיכה בשיתוף פעולה פוליטי כזה.
• כמחצית מהציבור הערבי תומכים בפתרון שתי מדינות לסכסוך. כמחצית מהציבור הערבי (47.3%), סבורים כי הפתרון הריאלי לסכסוך הישראלי-פלסטיני הוא שתי מדינות על בסיס קווי 1967. רק 14% סבורים כי הפתרון הריאלי הוא מדינה אחת, מהים עד הנהר, משותפת לישראלים ולפלסטינים, ו-8.5% מציעים פתרון אזורי בתיווך בינלאומי. לעומת זאת, 21% מהנשאלים סבורים כי אין פתרון מדיני באופק.

ד"ר אריק רודניצקי, מנהל תוכנית קונרד אדנאואר לשיתוף פעולה יהודי-ערבי, במרכז משה דיין: "השנתיים האחרונות היו לא פשוטות עבור האזרחים הערבים, שכן המלחמה המתמשכת בעזה וסבלה של האוכלוסייה הפלסטינית הטרידו אותם מאוד. אולם התמיכה בהצטרפותה של מפלגה ערבית לקואליציה כמו גם האמונה בשותפות פוליטית ערבית-יהודית, בצל המלחמה הממושכת, כל אלה מלמדים כי הציבור הערבי מפגין בגרות פוליטית ראויה לציון, שומר על ערכי הסדר הציבורי והדמוקרטיה, ומבקש כעת לתרום את חלקו לשיקום החברה הישראלית כולה מן המלחמה. למרות העימות הקשה והממושך ביותר בתולדות הסכסוך הישראלי-פלסטיני, המצפן הפוליטי של האזרחים הערבים בישראל נותר ממוקד בסוגיות האזרחיות המעסיקות אותם על בסיס יום-יומי. הסוגייה הפלסטינית תמיד נמצאת ברקע, אולם עבור הרוב המכריע בציבור הערבי היא לא מכתיבה את סדר העדיפויות הפוליטי".

^{ד"ר אריק רודניצקי}

"ישנים מספר סוגים עיקריים של טכנולוגיות לבניית מחשב קוונטי: מוליכי-על, יונים כלואים, אטומים ניטרליים ומחשוב קוונטי מבוסס אור, כלומר פוטוני", מסביר פרופ' ירון עוז, ראש המרכז למדע וטכנולוגיה קוונטית באוניברסיטת תל אביב, שהוא גם מייסד-שותף והמדען הראשי בחברה. "מחשוב קוונטי פוטוני עובד כך שבתוך הקיוביט ישנן שתי מסילות, ואם הפוטון נע באחת – התוצאה 0, ואם באחרת – התוצאה 1. אבל אם עובר בשתי המסילות יחד – התוצאה היא סופרפוזיציה של 0 ו-1. למחשב קוונטי פוטוני יש שני יתרונות מובהקים: ראשית הפוטונים אינם רגישים לסביבתם, כך שאין צורך בקירור מיוחד ואפשר להפעיל את המחשב בטמפרטורת החדר. והיתרון הנוסף הוא הסקלביליות, המדרגיות: בפוטוניקה יש טכניקות ייצור ידועות בצ'יפים, כך שאין בעיה לייצר מיליוני קיוביטים".

שעה שביט רגיל של מחשב יכול להתקיים במצב של 0 או 1, קיוביטים של מחשוב קוונטי יכולים להתקיים בשני המצבים בעת ובעונה אחת – ולכן כוח המחשוב הקוונטי הפוטנציאלי גדל מעריכית: שעה שמחשב בן 10 ביטים יכול לעבד עשרה נתונים, מחשב קוונטי בן 10 קיוביטים יכול באותו הזמן לעבד 2 בחזקת 10, או 1,024, נתונים. לשם כך המחשב עושה שימוש בשתי תכונות של מכניקת קוונטים. הראשונה היא סופרפוזיציה (חלקיק אחד יכול להימצא בשני מקומות בעת ובעונה אחת), והאחרת היא שזירה הקוונטית (כאשר שני חלקיקים שזורים זה בזה, ברגע שחלקיק אחד "מכריע" איפה הוא נמצא, הוא משפיע על התנהגות החלקיק האחר).

שיפור מהפכני שיזניק את תעשיית העתיד של המחשוב הקוונטי 

"אם כן למה אין לנו מחשבים קוונטיים במשרד ובבית? התשובה נמצאת בשגיאה", מספר פרופ' עוז. "הסיכוי של מחשב קלאסי לטעות הוא מזערי. הקיוביטים לעומת זאת רגישים מאוד והשגיאה שלהם גדולה. כך למשל, שגיאה של אחוז בדיוק תגרום לכך שאחרי מאה פעולות, כל החישוב הופך לשגוי. במחשוב פוטוני, האתגר הוא לבנות את הקופלרים, המצמדים הקוונטיים, בצורה מדויקת ככל האפשר כדי להוריד את סף השגיאה – אלא שמדובר פה על שערים בגודל ננו-מטרי. הפטנט שלנו הוא בתכנון הקופלר בעזרת גיאומטריה קצת אחרת: במקום שער כמסילה ישרה, יש לו ארכיטקטורה של גדול-קטן. את הארכיטקטורה הקוונטית הזאת בדקנו מתמטית, והיא אכן הורידה את סף השגיאה, וגם בדקנו אותה בניסויים".

הקופלרים שפיתחו החוקרים מאוניברסיטת תל אביב מורידים את דרישות החומרה, מפחיתים את זמן ההפעלה הנדרש לחישוב ומשפרים את העמידות לשגיאות במחשוב קוונטי פוטוני. פרופ׳ חיים סוכובסקי מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה, מוביל המעבדה הניסיונית שפיתחה את הקופלר, קיבל את ההשראה לפיתוח מטכניקה מתמטית שהומצאה במקור בתחום ה-MRI ויישם אותה לראשונה בתחום המעגלים הפוטוניים המוכללים. פרופ' סוכובסקי זיהה את העובדה שיש מכנה משותף מתמטי בין מעגלים פוטוניים, תגובה אטומית ב-MRI ומערכת פשוטה ויומיומית – שתי מטוטלות מחוברות בקפיץ – כדי להציג פתרון פשוט לבעיה מורכבת. 

באוניברסיטת תל אביב מעריכים מדובר בשיפור מהפכני, שיאפשר בנייה של מחשבים קוונטיים ב-100 מיליון דולר במקום במיליארד דולר – ויזניק את תעשיית העתיד של מחשוב קוונטי, הצפויה לגלגל למעלה מטריליון דולר עד 2035. אבל לקופלר הפוטוני החדש ישנם שימושים נוספים.

עופר שפירא, מנכ״ל קוונטום פולס וונצ'רס, מספר על התגובה הנלהבת של אנליסטים בתחום לפתרון שמציגה החברה, וההבנה כי הפתרון הוא בעל פוטנציאל להשפעה רחבה על תעשייה המוערכת במאות מיליארדי דולרים. "החברה רק בתחילת דרכה", מציין עופר, "ואנחנו נלהבים לקראת השלב הבא במסחור הטכנולוגיה וגדילת החברה. זו לא הפעם הראשונה שאנחנו חוברים לאוניברסיטת תל אביב במסחור טכנולוגיות עם פוטנציאל משנה עולם".

"מאחר שמחשבים קוונטיים יכולים לפצח את פרוטוקול ההצפנה הנפוץ באינטרנט, ה–RSA, ללא קושי , אחת הדרכים להתגונן היא באמצעות העברת מפתח ההצפנה בתקשורת קוונטית אופטית", אומר פרופ' עוז. "גם כאן צריך לשזור קוונטית את הפוטונים, וגם כאן הקופלרים שלנו יכולים לחולל שינוי יסודי. באנלוגיה למחשוב קלאסי, שיפור השערים הקוונטיים כמוהו כשיפור הטרנזיסטורים: הוא חוסך לנו בגודל המחשבים ובעלות שלהם, ובמקביל מייעל ומשפר אותם".