לא מהעולם הזה

מי שרוצה לדעת לאן מופנים הקולטים בתחנת החלל הבינלאומית או מה שלום הננו לוויין של אוניברסיטת תל אביב, TAUSAT1, שמקיף כבר קרוב לשנה את כדור הארץ, יוכל בקרוב מאוד לראות את זה במו עיניו. בימים אלה נבנית על גג בניין שנקר של בית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, תחנת קרקע אופטית חדשה ומשוכללת, שתוכל, בין היתר, לספק הצצה על הפרטים הקטנים ממש, שמתרחשים גבוה מאוד מעלינו.

ולמה עוד היא תשמש? היא תעקוב בעיקר אחרי ננו-לוויינים ואחרי גופים שמימיים קרובים יחסית, אבל גם אחרי כוכבים הרחוקים מאיתנו מיליוני שנות אור. בהמשך תשמש התחנה כלי להצפנה קוונטית דרך החלל, כזו שתאפשר לנו להצפין בצורה הטובה ביותר כל סוג של מידע מבלי שניתן יהיה לפרוץ אליו, ולאסוף מידע מדעי חשוב. רגע לפני שהטלסקופ הכי משוכלל בארץ מתחיל לעבוד אצלנו, תפסנו את פרופ' ירון עוז, ראש מרכז הקוונטום, פרופ' חיים סוכובסקי מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ומיכאל צוקרן, צלם כוכבים בינלאומי ומי שעתיד להפעיל את התחנה החדשה, לשיחה קלילה על תקשורת אופטית קוונטית, צילומים חלל והיכרויות לא מתוכננות שהובילו לפרויקטים פורצי דרך.

^{כאן הכל התחיל. מיכאל צוקרן במצפה הכוכבים הישן על גג בניין שנקר}

נתחיל מהגג ונרד למטה

פרופ' חיים סוכובסקי עוסק במחקר בסיסי ויישומי בתחום מחקר רחב של אינטראקציה בין אור לחומר. "מעבדת המחקר שלי עוסקת בעיקר בננו-פוטוניקה, בדינמיקה סופר מהירה ובאינטראקציה לא לינארית של אור עם חומרים שונים בטבע. בשנים האחרונות, אני שותף גם לפעילות האינטנסיבית במרכז הננו-לוויינים ובמרכז הקוונטום החדש שהחלו לפעול בקמפוס, כאשר מה שאנחנו עושים עכשיו על הגג הוא שילוב של כל הדברים האלה יחד", הוא מסביר.

"אם פעם תחום החלל היה 'שייך' באופן בלעדי לנאסא ולגופים מאוד ספציפיים, כמו התעשייה האווירית אצלנו בארץ - היום אפילו תלמידי תיכון שולחים לוויינים לחלל", מפרט סוכובסקי. מהפכת ה-new space שמאפשרת לחברות פרטיות לשלוח בעלות סבירה יחסית ננו לוויינים לחלל שינתה את חיינו, וב-15 שנים האחרונות עושות את זה גם אוניברסיטאות.

את ננו לוויין TAUSAT1, שאופיין ונבנה כאן בקמפוס בהובלת ד"ר מאיר אריאל, פרופ' עופר עמרני מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן ופרופ' קולין פרייס מבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר, שיגרה אוניברסיטת תל אביב לפני כשנה. פרופ' סוכובסקי מספר שכחלק מהפרוייקט עד כה היה לבנות תחנת תקשורת קרקע רדיו סטנדרטית, אשר תתקשר עם הלוויין ששוגר המכיל ניסויים מדעיים. "אחד הפרוייקטים הבאים  שאנחנו רוצים לעשות זה ליצור תקשורת אופטית דרך החלל, ובהמשך תקשורת אופטית קוונטית דרך החלל, שהינה תחום חדש ומתפתח בפני עצמו".

הצפנת מידע מהחלל

הצפנת מידע היא נושא חשוב בעל משמעויות יישומיות רבות והמכניקה הקוונטית משנה את כללי המשחק בנושא זה. "היום אנחנו מצפינים את המידע שלנו בהסתמך על סיבוכיות של בעיות מתמטיות מורכבות, ומניחים  שלמחשבים נדרש לזמן רב על מנת לפתור בעיות אלה ולכן המידע המוצפן מוגן", מסביר פרופ' ירון עוז, ראש מרכז הקוונטום התל אביבי. "מחשבים קוונטיים מבוססים על פרדיגמה חישובית שונה ויכולים לשנות את התמונה. למשל, בעיית הפירוק של מספר שלם לגורמיו הראשוניים, אשר סיבוכיותה מגינה על אלגוריתמים להצפנה שנמצאים בשימוש רב היום, תיפתר באופן מהיר על ידי מחשב קוונטי. לכן ישנה הבנה שחשוב לאפיין מה תהיינה שיטות ההצפנה המוגנות בעידן המחשבים הקוונטיים".

"מצד שני, למערכות הקוונטיות יש יכולות העברת מידע מוצפן יוצאות דופן עקב העובדה שמכניקת הקוונטים אינה מאפשרת העתקת מידע, וכל ניסיון להעתיק או לשנותו גורם להשמדת המידע המקורי. המשמעות היא שקו תקשורת קוונטי בטוח לחלוטין מפני האזנות. העברת מפתח צופן ברשת תקשורת קוונטית היא מאובטחת לחלוטין, ואכן כבר קיימת הצפנה אופטית קוונטית באמצעות סיבים אופטיים", הוא אומר.

מסתבר שההצפנה הזו אפשרית, אבל מוגבלת למרחק של 150-200 ק"מ. "משמעות הדבר היא שאם אנחנו רוצים להצפין רשת תקשורת קוונטית מתל אביב לחיפה זה אפשרי, אבל לא נצליח להעביר מידע מוצפן מכאן לאילת". לדבריו של פרופ' עוז, מגזרים פיננסיים בשווייץ כבר נעזרים ברשתות תקשורת כאלה, אבל העברת מידע בין יבשות, למשל מניו יורק ללונדון בדרך זו  איננה אפשרית. נצטרך לסמוך עליו בעניין הזה.

^{פרופ' ירון עוז}

פרופ' עוז מספר שהראשונים שהצליחו להצפין מידע ברשת תקשורת קוונטית לווייינית היו הסינים, לפני כארבע שנים, וזה כצפוי עורר הדים רבים ברחבי העולם ובפרט בארה"ב ובאירופה. "גם בישראל יש הבנה בצורך להתקדם בכיוון זה, ובאוניברסיטת תל אביב החלטנו לעשות צעדים ברמה הביצועית והמחקרית. המעבדה החדשה שלנו עם הטלסקופ על הגג עומדת לקחת חלק בפרויקט הלוויינים העתידי של המרכז לננו לוויינים".

המצפה החדש עומד להיות מקצועי מאוד, מדויק ומתוחכם. בעזרת גופים שונים באוניברסיטה, ובעיקר בעזרת התמיכה של מרכז הקוונטום והתמיכה של פרופ' ארז עציון ראש בית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה, גויס התקציב והמקום לבניית המצפה ולקניית הציוד המסיבי. מדובר ברובוט מדויק וענק עם טלסקופ בעל מראה של 24 אינצ', שיוכל לעקוב אחרי כוכבים, גלקסיות, ערפיליות וגם גופים אחרים. הרובוט, ששוקל 300 ק"ג, יכול לנוע במהירות זוויתית של עד 50 מעלות לשנייה ולעקוב בצורה מדויקת אחר לוויינים הנעים בגובה נמוך, וגם אחר כלי טיס נמוכים יותר. "כבר היום אנחנו עושים ניסויים ראשוניים בתקשורת אופטית, ועם רמת הדיוק של הטלסקופ החדש אנחנו נהיה היחידים בארץ עם ציוד שכזה", מבטיח פרופ' סוכובסקי.

^{שלבי ההקמה של תחנת הקרקע החדשה, כפי שתועדו בחשבון האינסטגרם של מיכאל צוקרן}

הספרן של הכוכבים

בשלב הזה, ולגמרי במקרה, נכנס לתמונה שחקן נוסף, שעזר לפרופ' סוכובסקי למנף את הרעיון לידי ביצוע: מיכאל צוקרן, מומחה עולמי בצילום אסטרונומי ולווינים ויועץ בבניית מצפה כוכבים מחקרי.

"כצלם כוכבים ותיק, רציתי לאתגר את עצמי ולצלם את תחנת החלל הבינלאומית. הייתי זקוק לגג פתוח, שיהיה קרוב למסלול של תחנת החלל כשהיא עוברת מעל שמי ישראל. ופשוט שאלתי האם אפשר לעשות את זה כאן". מיכאל הגיע עם הציוד האישי שלו וצילם את אחת התמונות המפורטות שנעשו מכדור הארץ של תחנת החלל. נזכיר שבזמן הצילום תחנת החלל טסה במהירות של קרוב ל-28 אלף קמ"ש. בקטנה.

^{חולפת במהירות של קרוב ל-28 אלף קמ"ש. תחנת החלל כפי שצולמה על ידי מיכאל צוקרן}

ההתמחות של מיכאל היא לכייל ולשלוט ברובוט המשוכלל, לעקוב אחר הלוויינים ולצלם אותם על פי דרישת החוקרות והחוקרים. עם הציוד החדש, הוא מבטיח שהוא מתכוון לתעד לוויינים כפי שלא נצפו מכדור הארץ מעולם.

בהקמת המערכת הטכנולוגית לתקשורת אופטית קוונטית המעבדתית עובדים גם פרופ' עדי אריה מהפקולטה להנדסה והדוקטורנטים דולב באשי, גיאורגי גרי רוזנמן, יונתן פיאטצקי, סהר שחף, תומר נחום ויובל רכס.

פרופ' סוכובסקי מעריך שבעתיד יהיו כל מיני תעשיות, ביטחוניות ואחרות, שישמחו להשתמש בפלטפורמה החדשה, כולל אוניברסיטאות אחרות. "מדובר במשאב לאומי. חלק מהידע שנלמד לגבי המערכת הוא משותף למוסדות אקדמיים אחרים, כמו האוניברסיטה העברית למשל, אשר בהובלת פרופ' חגי אייזנברג ופרופ' ירון ברומברג, הקימה את המדגים הלאומי של מערכת תקשורת קוונטית מבוססת סיבים ובימים אלו השלימה אף היא הקמת תחנת קרקע אופטית ניידת. אני מאמין שכל זה יוכל לשמש אותנו לקידום המחקר היישומי והבסיסי במדינת ישראל ובעולם", הוא מסכם.