מהפכת הקוונטום

בשנים האחרונות, תחום הקוונטום כבר מזמן הפסיק להיות רק תיאוריה מדעית מופשטת או חומר לסרטי מדע בדיוני.
היום, הוא נמצא בחזית הכי חמה של המרוץ הטכנולוגי והגאופוליטי העולמי.
ומי שמניע את המהפכה הזו בצעדי ענק הוא הממשל האמריקאי, שמוביל קו אסטרטגי של השקעות עתק. דוגמה מצוינת לכך ראינו ממש בשבוע האחרון, עם הקצאות של מיליארדי דולרים לחברות קוונטיות שונות.
תחת ה-CHIPS and Science Act (הכוללים כ-2 מיליארד דולר להקמת מפעלי ייצור קוונטיים מקומיים).
המהלכים האלו מסמנים מעבר חד ומרגש מהמעבדות הסגורות ישר לשוק החופשי, ובמימון המדינה עצמה. 

המטרה קדימה ברורה, פיתוח מחשבים קוונטיים חסיני שגיאות בקנה מידה מסחרי, שיבטחו את הגנת הסייבר הלאומית ויובילו לפריצות דרך דרמטיות ברפואה ובאנרגיה בעשורים הבאים.

קרדיט: Adobe stock

תהליך הפעולה של הקוונטום

כדי להבין מה זה בכלל קוונטום, צריך לצלול לעולם המיקרוסקופי הקיצוני של החלקיקים התת-אטומיים, כמו אלקטרונים ופוטונים (חלקיקי אור).
ברמה המזערית הזו, חוקי הפיזיקה המוכרים לנו מחיי היומיום פשוט קורסים, ובמקומם נכנסות לתוקף תופעות פיזיקליות שנראות כמעט כמו קסם.

התופעה המרכזית היא סופרפוזיציה, היכולת של חלקיק להיות בכמה מצבים או מקומות במקביל.
בניגוד למחשב רגיל שעובד עם ביטים שיכולים להיות רק 0 או 1 (כמו מתג תאורה שהוא או כבוי או דלוק), מחשב קוונטי משתמש בקיוביטים שיכולים להיות 0,1 וכל מה שביניהם  בו-זמנית.

תוסיפו לזה את תופעת השזירה הקוונטית, שיוצרת חיבור מיידי בין חלקיקים ומאפשרת להם לסנכרן מידע ביניהם ללא קשר למרחק ביניהם, ותקבלו מכונת חישוב בעלת עוצמה דמיונית.

במקום לפתור בעיות מורכבות צעד אחר צעד כמו מחשב קלאסי, מחשב קוונטי מסוגל לבחון אינספור מסלולים ופתרונות במקביל.
היכולת הזו מאפשרת לו לפצח תוך דקות ספורות סימולציות מדעיות, מודלים פיננסיים ומערכות הצפנה - משימות שמחשב-על רגיל יצטרך אלפי שנים כדי לפתור.

אז מה זה CHIPS and Science Act?

חוק השבבים והמדע הוא חוק פדרלי היסטורי שנולד במטרה להחזיר את תעשיית השבבים לאדמת ארה"ב ולצמצם את התלות במזרח אסיה.
למרות שבתקשורת הוא מזוהה בעיקר עם סיליקון סטנדרטי למחשבים או לבינה מלאכותית, בפועל החוק הזה הוא הדלק הפיננסי המרכזי שמאחורי מהפכת הקוונטום.
הממשל האמריקאי הבין שמחשב קוונטי הוא לא פחות מנשק אסטרטגי, כזה שיכול לשנות לחלוטין את עולמות הסייבר, הרפואה והאנרגיה ולכן הממשל מזרים מיליארדי דולרים כדי להבטיח ששרשרת האספקה והפיתוח של הטכנולוגיה הרגישה הזו יישארו בשליטה מקומית מלאה.

החיבור הפרקטי של החוק לעולם הקוונטום מתרכז במעבר החד ממחקר תיאורטי במעבדות לייצור תעשייתי בקנה מידה רחב.
כספי החוק משמשים להקמת מפעלי ייצור ייעודיים שמסוגלים להתמודד עם המורכבות הפיזיקלית הקיצונית של שבבים קוונטיים, כמו עבודה בתנאי וואקום ובטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט.
המימון המסיבי הזה מאפשר לחברות החומרה המובילות לפתור את צווארי הבקבוק ההנדסיים, לייצר מערכות חסינות שגיאות בעלות אלפי קיוביטים, ולהפוך את החזון של מחשוב קוונטי מסחרי ושימושי למציאות בשטח כבר בשנים הקרובות.

מייצרים עצמאות קוונטית

אז כאמור, הממשל האמריקאי העלה הילוך במרוץ הטכנולוגי עם הזרמת מימון חסרת תקדים של 2 מיליארד דולר המיועדת כולה להאצת תעשיית הקוונטום המקומית.
הנתח המרכזי והמשמעותי ביותר מתוך תקציב עתק זה, כ-1.375 מיליארד דולר הוקצה ישירות להקמת תשתיות ומפעלי ייצור ייעודיים.
מתוך הבנה עמוקה שכדי לבנות מחשב קוונטי שימושי יש צורך קודם כל ביכולת לייצר את הרכיבים הקיצוניים והרגישים הללו על אדמת ארה"ב, הממשל בחר להשקיע את עיקר הסכום בשני ענקי ייצור מובילים.

הראשונה היא חברת IBM, ענקית הטכנולוגיה, נמצאת בעיצומו של קאמבק מרשים וסיימה את שנת 2025 עם הכנסות חזקות של 67.5 מיליארד דולר ורווח נקי של כ-10.6 מיליארד דולר, בעיקר הודות לביקוש אדיר לפתרונות ענן ולבינה מלאכותית.
החברה, שמשקיעה מדי שנה למעלה מ-8 מיליארד דולר במחקר ופיתוח, סימנה את המחשוב הקוונטי כמנוע הצמיחה הבא שלה, והשקעת העתק של מיליארד דולר מצד הממשל האמריקאי היא זריקת מרץ אסטרטגית שמשנה עבורה את חוקי המשחק.
המימון הזה, שיוזרם לחברת-בת ייעודית חדשה, יכסה את עלויות העתק הכרוכות בהעברת שבבי מוליכי-העל שלה משלב הניסויים במעבדה לפס ייצור המוני ומסחרי.
מעבר לתזרים המזומנים הטהור, התמיכה הממשלתית מקבעת את IBM כשותפה הבלעדית של ארה"ב להגנת הסייבר והביטחון הלאומי, מה שיעניק לה יתרון תחרותי עצום בשוק החופשי ויבטיח לה חוזים ממשלתיים שמנים בעשורים הבאים.

השנייה היא חברת (GlobalFoundries (GF, אחת מיצרניות השבבים הקבלניות הגדולות בעולם, מהווה את הצלע השנייה והקריטית במהלך האסטרטגי של הממשל.
את שנת 2025 סיימה החברה עם הכנסות יציבות של כ-6.79 מיליארד דולר ורווח נקי של 888 מיליון דולר, כשהיא מתמחה באספקת שבבים חיוניים לתעשיות הרכב, התעופה והביטחון.
מענק העתק של 375 מיליון דולר שקיבלה החברה מחוק ה-CHIPS צפוי להזניק את החברה אל מעבר לעולם הסיליקון המסורתי, באמצעות הקמת פאונדרי קוונטי מאובטח על אדמת ארה"ב.
בניגוד ל-IBM שמתמקדת בפיתוח הארכיטקטורה הבלעדית שלה, הייחודיות של המפעל החדש של GlobalFoundries תהיה היכולת שלו לשמש כתשתית ייצור פתוחה ורב-מערכתית התומכת במגוון רחב של שיטות קוונטיות במקביל.
מהלך זה ממצב את החברה כפס הייצור הלאומי והניטרלי של האקוסיסטם כולו, ומבטיח לה דריסת רגל בלעדית באספקת החומרה לחברות סטארט-אפ, ענקיות טכנולוגיה וגופי ביטחון שלא מחזיקים במפעלי ייצור משלהם.

חברות המחשוב הקוונטי

בגזרת חברות המחשוב הקוונטי עצמן, הממשל האמריקאי הקצה תקציב של כ-638 מיליון דולר תוך אימוץ אסטרטגיה מובהקת של פיזור סיכונים.
במקום להמר על סוס אחד במרוץ הטכנולוגי המורכב הזה, הוחלט לחלק את המימון שעומד על כ-100 מיליון דולר לרוב החברות, בין 7 חברות שונות שכל אחת מהן מפתחת ארכיטקטורה קוונטית מסוג אחר לחלוטין.

המטרה המרכזית של המענקים הללו היא להעביר את החברות משלב הפיתוח המדעי לפתרון של בעיות הנדסיות קריטיות בשטח, כמו מזעור מערכות קירור, שיפור הדיוק של הקיוביטים ומניעת שגיאות, כדי לראות איזו גישה טכנולוגית תפרוץ ראשונה את הדרך ותנצח במרוץ אל המחשב הקוונטי השימושי הבא.

חלקם המרכזי של מענקי ה-100 מיליון דולר הופנה לחברות המפתחות ארכיטקטורות מבוססות אטומים ואור, המנסות לפרוץ את גבולות המחשוב ללא שבבי מוצק מסורתיים.
בקטגוריה זו בולטות Atom Computing ו-(Infleqtion (INFQ, המתמקדות במחשוב המבוסס על אטומים ניטרליים הנלכדים באמצעות קרני לייזר ומערכות אופטיות מתקדמות, במטרה לשלוט בעשרות אלפי קיוביטים במערכת אחת ולייצב מנגנוני תיקון שגיאות מחוץ לתנאי המעבדה.

לצידן, חברת Quantinuum שנמצאת לקראת הנפקה, מפתחת טכנולוגיית יונים לכודים ומנצלת את כספי הממשל לפתרון צווארי בקבוק בייצור המוני של רכיבים פוטוניים משולבים בעלי הפסד נמוך.
גישה ייחודית נוספת מובילה PsiQuantum, אשר משתמשת בפוטונים (חלקיקי אור) כקיוביטים, המימון שלה מיועד לפיתוח חומרים אלקטרו-אופטיים מתקדמים ואריזה פוטונית שתמנע זליגת אור, מה שיאפשר עיבוד כמויות עצומות של מידע במהירות האור.

מן העבר השני, הממשל השקיע בחברות המבוססות על ארכיטקטורות מוצקות ורכיבי סיליקון, המנסות לשכלל את השבבים הפיזיים ומערכות הקירור שלהם.
חלוצת המחשוב הקוונטי (D-Wave (QBTS וחברת (Rigetti Computing (RGTI זכו במימון של 100 מיליון דולר כל אחת כדי לדחוף את קצוות היכולת של שבבי מוליכי על.
בעוד D-Wave מתמקדת באופטימיזציה של חומרים דיאלקטריים ואריזה מתקדמת לשיפור זמני הלכידות של הקיוביטים, Rigetti פותרת אתגרים הנדסיים מורכבים כמו מיזור אלקטרוניקת הקריאה המהירה ואינטגרציה של מקררי ענק קריוגניים.

לבסוף, חברת Diraq (שזכתה למענק של עד 38 מיליון דולר) מביאה גישה מהפכנית של ספין-סיליקון, המשתמשת באלקטרונים בודדים הלכודים בתוך טרנזיסטורים סטנדרטיים.
המימון יעזור לה לפתח יחידות לוגיקה קוונטיות ולהאיץ יכולות ייצור שיאפשרו, בעתיד, לבנות מיליוני קיוביטים על גבי תשתית הסיליקון הקיימת כבר כיום בתעשיית השבבים העולמית.

תשואות של החברות הציבוריות שקיבלו את ההשקעה מהממשל מתחילת חודש אפריל.
קרדיט: koyfin

הטוויסט של הממשל האמריקאי

הטוויסט המעניין ביותר בהסכמי המימון הללו טמון בכך שכחלק מתנאי המענק, הממשל האמריקאי יקבל נתח מניות בכל אחת מהחברות הללו.
המהלך חסר התקדים הזה משרת מטרה כפולה.
מצד אחד, הוא מבטיח למשלם המיסים האמריקאי תשואה כלכלית ישירה במקרה של הצלחה מסחרית, ומצד שני, והחשוב יותר הוא מאפשר לממשל להדק את הפיקוח הלאומי והביטחוני על טכנולוגיות בעלות רגישות אסטרטגית עליונה.

המהלך הנוכחי מוכיח שארה"ב הפסיקה לדבר והתחילה לפעול, היא מזרימה הון עתק ישירות לשטח מתוך הבנה מוחלטת שמי שישלוט בשרשרת האספקה של הקוונטום, יכתיב את הטון בעולם הטכנולוגי, והגאופוליטי של המחר.

לסיכום

מהפכת הקוונטום נמצאת בעיצומו של שלב היסטורי, המעבר החד והדרמטי מרעיונות תיאורטיים במעבדה לפסי ייצור תעשייתיים שמשנים את חוקי המשחק.
מהלכי המימון האגרסיביים של הממשל האמריקאי, החל מהקמת מפעלי ענק  ועד להשקעה רוחבית בטכנולוגיות פורצות דרך, מוכיחים שמחשוב קוונטי הוא כבר לא פרויקט עתידני רחוק, אלא עניין מיידי של ביטחון לאומי ועוצמה כלכלית.
בעולם שבו הטכנולוגיה הזו הופכת לנכס אסטרטגי שהממשלה עצמה רוכשת בו מניות, ברור לחלוטין שהעשורים הבאים יעמדו בסימן הקוונטום.
מי שינצח במרוץ הנוכחי ויבטיח את שרשרת האספקה שלו, לא רק יוביל את השוק החופשי, אלא יחזיק במפתחות לעתיד אבטחת המידע, הרפואה והאנרגיה הגלובלית.