במשך שנים התמקד עולם המחשוב הקוונטי בעיקר בהבטחה לכוח חישוב עתידי: פתרון בעיות מתמטיות מורכבות, אופטימיזציה של מערכות ענק וסימולציות מולקולריות בקנה מידה שמחשבים קלאסיים אינם מסוגלים להתמודד איתו. אולם בשנים האחרונות מתחילה להסתמן מגמה חדשה וברורה בהרבה, המאופיינת במעבר מטכנולוגיות קוונטום תיאורטיות אל יישומים תעשייתיים ורפואיים מעשיים בשטח.
אחד התחומים שבהם נרשמת כיום ההתעניינות המשמעותית ביותר הוא עולם הבריאות. חברות פארמה, יצרניות ציוד רפואי, מרכזי מחקר ובתי חולים מתחילים לבחון ברצינות כיצד מחשוב קוונטי, חישה קוונטית ודימות מתקדם יכולים להשתלב יחד בתהליכי פיתוח תרופות, אבחון רפואי מוקדם ורפואה מותאמת אישית.
אחת החברות שפועלות בדיוק בנקודת החיבור הזו היא NVision, הפועלת בצומת שבין חישה קוונטית, דימות רפואי ומחשוב קוונטי המיועד לפיתוח תרופות. החברה הודיעה לאחרונה על גיוס של 55 מיליון דולר בסבב B בהובלת Abbott, מהלך שממחיש את העניין הגובר של תעשיית הבריאות בסגמנט ה Quantum Health. הגיוס הנוכחי, שמביא את סך ההון שגייסה החברה ל 120 מיליון דולר, מלווה בהרחבת פעילותה מתחום החישה הטהור אל עולם המחשוב הקוונטי. מבחינת NVision, מדובר בשני חלקים בלתי נפרדים של אותה פלטפורמה: שימוש במחשוב קוונטי לצורך תכנון מולקולות ותרופות, לצד שימוש בחישה קוונטית ובדימות רפואי לצורך אימות מהיר של התגובה הביולוגית בזמן אמת בתוך הגוף.
למה דווקא עולם הרפואה מתעניין ב Quantum?
תחום הבריאות נחשב כיום לאחד המועמדים הטבעיים ביותר לאימוץ עתידי של מחשוב קוונטי. הסיבה המרכזית לכך היא שפיתוח תרופות, כימיה חישובית וביולוגיה מולקולרית מבוססים במידה רבה על סימולציות מורכבות של אינטראקציות בין מולקולות, חלבונים ותגובות כימיות סבוכות. מערכות מחשוב קלאסיות, מתקדמות ככל שיהיו, מתקשות לבצע חלק מהחישובים הללו ברמת דיוק מולקולרית ובזמני עיבוד סבירים. ככל שהמערכות הביולוגיות הנחקרות הופכות מורכבות יותר, כך גדל הפער בין כמות הנתונים הזמינה לבין יכולת העיבוד של סיליקון מסורתי.
זו בדיוק הסיבה לכך שחברות טכנולוגיה גדולות כמו IBM, Google, IonQ ו־Quantinuum משקיעות משאבים משמעותיים בפיתוח פלטפורמות קוונטיות המיועדות לעולמות הכימיה והביולוגיה. המטרה ארוכת הטווח של התעשייה היא לא רק לבנות מעבדים מהירים יותר, אלא לאפשר סוג חדש לחלוטין של סימולציות מדעיות שעד היום פשוט לא היו מעשיות מבחינת כוח עיבוד.
מטבוליזם בזמן אמת: ה MRI מקבל שכבת מידע חדשה
בלב הפעילות של NVision נמצאת פלטפורמת POLARIS, מערכת המיועדת לשדרג את יכולות ה MRI הקיימות באמצעות טכנולוגיה קוונטית המבוססת על שליטה בספינים מולקולריים, תופעה פיזיקלית הקשורה להתנהגות המגנטית של חלקיקים.
בעוד ש MRI מסורתי מספק בעיקר מידע אנטומי ומבני, מערכת POLARIS נועדה להוסיף שכבת מידע דינמית: פעילות מטבולית בזמן אמת. באמצעות שימוש בטכנולוגיית חישה קוונטית, Quantum Sensing, ניתן לזהות שינויים ביולוגיים עדינים ברמת הרקמה והתא ולעקוב אחר תגובת הגוף לטיפול בשלב מוקדם בהרבה.
עבור עולם האונקולוגיה מדובר בפוטנציאל קליני משמעותי. במקום להמתין שבועות או חודשים בין סריקה לסריקה כדי להבין אם גידול סרטני מגיב לטיפול כימותרפי או ביולוגי, מערכות דימות מטבוליות עשויות לאפשר זיהוי בתוך ימים ספורים של שינוי בפעילות התאית. בנוסף, היכולת לזהות ביומרקרים מטבוליים בזמן אמת עשויה לתמוך בעתיד גם ברפואה מותאמת אישית, שבה התאמת הטיפול מתבצעת על בסיס התגובה הביולוגית של המטופל הספציפי.
אחד היתרונות האסטרטגיים בגישה של NVision הוא שהמערכת אינה מיועדת להחליף את מכשירי ה MRI היקרים בבתי החולים, אלא להשתלב כתוספת חומרה ותוכנה, במודל Add-on, על גבי התשתיות הקיימות. עבור מערכות בריאות שנוטות לאמץ טכנולוגיות חדשות בקצב איטי ושמרני, מדובר בגישה שמפחיתה משמעותית חסמי כניסה כלכליים ותפעוליים.
החברה כבר התקינה את מערכת POLARIS במספר מרכזים רפואיים ומחקריים מובילים, בהם Memorial Sloan Kettering Cancer Center, בית החולים Addenbrooke’s של University of Cambridge והמרכז הרפואי Klinikum rechts der Isar של Technical University of Munich. לפי דיווחי החברה, היא צופה השלמה של כ 20 התקנות נוספות ברחבי ארה"ב, אירופה ואסיה.
תמונה 1: גביש מולקולרי אורגני המכיל מולקולות קיוביט על גבי דגימה. צילום: Nvision
תמונה 2: המייסדים השותפים ב – Nvision , סלע ברוש (מימין) ועילי שוורץ (משמאל) צילום: Nvision
החוליה החסרה: מתכנון דיגיטלי לאימות ביולוגי
בתחום פיתוח התרופות, חברות הפארמה מקוות שמערכות קוונטיות יאפשרו לקצר תהליכי פיתוח מפרכים שנמשכים כיום מעל עשור ועולים מיליארדי דולרים. אלא שגם סימולציה קוונטית מוצלחת במחשב אינה פותרת את אחת הבעיות המרכזיות בתחום: כיצד בודקים במהירות ובדיוק אם המנגנון התיאורטי אכן פועל בצורה בטוחה בתוך מערכת ביולוגית חיה.
ב NVision מנסים לחבר בין שלב התכנון לשלב האימות תחת תפיסת Design & Validation מלאה, היוצרת מעגל היזון חוזר, Feedback Loop, מקצה לקצה. החברה מפתחת ארכיטקטורת מחשוב קוונטית בשם PIXI, המבוססת על קיוביטים מולקולריים עם קישוריות פוטונית מבוססת אור, שמטרתה לשמש כתשתית החישוב לתכנון המולקולות והתרופות החדשות.
במקביל, מערכת ה MRI הקוונטית POLARIS משמשת ככלי המדידה הפיזי המאפשר לבדוק את ההשפעה הביולוגית הממשית של אותם טיפולים בתוך האורגניזם באמצעות מעקב אחר ביומרקרים מטבוליים.
Quantum Sensing: הדור הבא של החיישנים הרפואיים
לצד המחשוב הקוונטי הטהור, אחד התחומים שמושכים כיום את מרב תשומת הלב של האנליסטים הוא עולם החישה הקוונטית, Quantum Sensing. בניגוד למחשבים קוונטיים מלאים, שעדיין נאבקים במגבלות מורכבות של יציבות חלקיקים, חיישנים קוונטיים כבר מתחילים למצוא יישומים מסחריים מעשיים.
מערכות אלו מנצלות תופעות פיזיקליות קוונטיות ברמת החלקיק הבודד כדי לבצע מדידות ברגישות גבוהה מאוד. בעולם הרפואי, המשמעות היא יכולת לזהות אותות חשמליים ומגנטיים חלשים במיוחד, שינויים כימיים זעירים או תגובות מטבוליות ראשוניות שלא ניתן לזהות כיום באמצעי מדידה קלאסיים.
מסיבה זו, ההערכות הרווחות בתעשייה הן שדווקא תחום החישה הקוונטית יגיע להבשלה מסחרית רחבה לפני שמחשבים קוונטיים כלליים יהפכו לחלק מהשגרה הקלינית.
חלופת הקיוביטים: גישה שונה לארכיטקטורה קוונטית
הבחירה בארכיטקטורה המבוססת על מולקולות אורגניות עבור פלטפורמת PIXI היא אחת הנקודות המסקרנות ביותר בפעילות החברה. זו גישה פחות נפוצה כיום בתעשיית המחשוב הקוונטי, שנשלטת ברובה על ידי קיוביטים המבוססים על מוליכי על, Superconducting qubits, או מלכודות יונים, Trapped ions.
מערכות מסורתיות אלו דורשות בדרך כלל סביבות קירור קריוגניות מורכבות ויקרות במיוחד כדי לפעול בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט, במטרה להגן על הקיוביטים מפני רעש סביבתי הגורם לאובדן המידע הקוונטי.
NVision, לעומת זאת, מנסה לקדם גישה מולקולרית שאמורה להיות סקלבילית, דחוסה ויציבה יותר, המאפשרת עבודה בתנאי סביבה פחות קיצוניים. לפי החברה, גילוי סוג הקיוביטים החדש התרחש תוך כדי תהליכי הפיתוח של טכנולוגיית שיפור אותות ה MRI שלה. החיבור בין תחום החישה לעולם המחשוב הקוונטי הוביל לאחרונה גם לזכייה במכרז של German Aerospace Center (DLR) לבניית מחשב קוונטי מלא המבוסס על הארכיטקטורה שלה, מה שמרחיב את פעילות החברה גם מעבר לעולם הרפואי.
האתגר ההנדסי: גם ל Quantum יש מגבלות
לצד האופטימיות וההשקעות הרבות, תעשיית המחשוב הקוונטי עדיין מתמודדת עם שורה ארוכה של אתגרים טכנולוגיים מורכבים. הבעיה המרכזית נותרה יציבות הקיוביטים לאורך זמן, Decoherence. מערכות קוונטיות רגישות מאוד לתנודות טמפרטורה, תנועות מכניות והפרעות אלקטרומגנטיות.
בנוסף, רוב הפלטפורמות הקיימות מתקשות עדיין ליישם מנגנוני תיקון שגיאות, Error Correction, בקנה מידה רחב. גם סוגיית הסקלביליות, כלומר היכולת לחבר מספר גדול של קיוביטים לרשת אחת יציבה ואמינה, נותרה אתגר הנדסי משמעותי.
מסיבה זו, חלק גדול מהיישומים המסחריים של עולם ה Quantum עדיין מוגדרים כפיילוטים, פרויקטים מחקריים או פתרונות נקודתיים.
השלב שבו הפיזיקה פוגשת את התעשייה
כניסתה של Abbott כמשקיעה אסטרטגית בולטת במיוחד על רקע הזהירות שבה תעשיית המכשור הרפואי והדיאגנוסטיקה ניגשת בדרך כלל לטכנולוגיות חדשות.
ענקיות הבריאות מבינות שטכנולוגיות קוונטיות, לצד הזינוק ביכולות ה AI הרפואי שמייצר כמויות עצומות של נתונים ומודלים ביולוגיים מורכבים, עשויות להפוך בעתיד לחלק משמעותי ממערכות הניטור, האבחון ופיתוח התרופות.
בשלב זה עדיין מוקדם לקבוע אילו מהפלטפורמות הללו יהפכו למוצרים מסחריים רחבי היקף בכל חדר הדמיה. עולם המחשוב הקוונטי כולו נמצא עדיין בשלבי התפתחות מוקדמים יחסית.
אולם בניגוד לחלק גדול מחברות ה Quantum שפועלות כיום בעיקר ברמת ההבטחה התיאורטית, המקרה של NVision מציג מודל מתקדם ומעשי יותר: התקנות פעילות בשטח, שיתופי פעולה עם מרכזי סרטן עולמיים ומסלול יישום ברור. עבור תעשיית הבריאות, זהו אחד הסימנים הראשונים לכך שטכנולוגיות Quantum מתחילות לעבור בהדרגה משלב המחקר התיאורטי אל יישומים קליניים ותעשייתיים.
קרדיט: NVision, Abbott, Entrée Capital, German Aerospace Center (DLR), Memorial Sloan Kettering, University of Cambridge
