בשבוע שעבר חשפה חברת IBM בוועידת הקוונטום השנתית שלה, את המעבד הקוונטי החדש - Heron. המעבד כולל 133 קיוביטים (Qubits), שהן יחידות החישוב הבסיסיות במחשב קוונטי, כאשר לדברי IBM, הוא יאפשר לחוקרים ומפתחים לחקור בעיות מורכבות חדשות בתחומי הכימיה, הפיזיקה ומדעי החומרים.
היעד הראשי בתחום המחשוב הקוונטי הוא השגת "יתרון קוונטי", כלומר לפתח מחשב קוונטי שיוכל לפתור בעיות חישוביות שמחשבי-על קלאסיים, גם החזקים ביותר, אינם מסוגלים לפתור.
חשיפת המחשב הקוונטי של IBM // צילום: IBM
כדי לעשות זאת, יש צורך להגדיל את מספר הקיוביטים וגם לפתח פתרונות שיאפשרו לשלוט בצורה טובה יותר בתהליך החישוב הקוונטי, שהינו מאוד רגיש להפרעות, בלתי יציב ומועד לשגיאות.
מי שמסייעת ל-IBM להגיע ליעד היא חברת קדמה (Qedma) הישראלית, שפיתחה תוכנה המאפשרת להקטין בצורה משמעותית שגיאות הנוצרות במהלך החישוב הקוונטי ופוגמות ביכולת לקבל תוצאה תקפה מהמחשב.
במהלך הכנס של IBM, הדגימה קדמה כיצד שימוש בתוכנה שלה ובמעבד הקוונטי של IBM מאפשר לפתור בעיה פיזיקלית סבוכה מאוד, הקרויה "סימולציה המילטוניאנית" לחישוב סך האנרגיה של מקבץ אטומים - בעיה, אשר החל מגודל מסוים, נחשבת לבלתי פתירה באמצעות מחשב-על רגיל.
ה"גם וגם" הקוונטי
כמו פיזיקה קוונטית, גם אופן פעולתו של מחשב קוונטי הוא דבר שקשה להסביר ולהבין. במחשוב קלאסי, יחידת החישוב הבסיסית היא ביט (bit),שיכול בכל רגע נתון להיות במצב 0 או במצב 1.
יחידת החישוב הבסיסית במחשב קוונטי היא הקיוביט (Qubit), והיא, למרבה הפלא, יכולה להיות במובן מסוים, בשני המצבים הללו במקביל. התכונה המתעתעת הזו, הקרויה סופר-פוזיציה, נובעת מאופיים של הדברים בקנה המידה הקוונטי, שבו פוטון או אלקטרון יכולים להימצא במספר מצבים במקביל.
התכונה הזו של הקיוביט מאפשרת למעבד קוונטי לחשב במקביל מספר עצום של אפשרויות ולפתור בהרף עין בעיות שלמחשב-על יידרשו מאות ואלפי שנים כדי לפתור, אם בכלל.
לכשיבשיל התחום, מחשבים קוונטיים יוכלו, למשל, לבצע סימולציות של ריאקציה בין מולקולות ולנתח הרכב של חומרים, דבר שיאפשר לפתח תרופות וחומרים חדשים, וכן לפתור בעיות רבות נוספות בתחום הפיננסיים, האופטימיזציה וההצפנה. עם זאת, יש לציין כי מחשבים קוונטיים לא יחליפו את המחשבים הקיימים, אלא יהוו כוח עזר משלים בפתרון בעיות רבות-משתנים.
1,000 קיוביטים עד סוף העשור
החברות המובילות בתחום המחשוב הקוונטי, ובראשן IBM וגוגל, מעריכות כי יוכלו לפתח עד סוף העשור מעבדים קוונטים עם יותר מ-1,000 קיוביטים. אולם בשל הרגישות הקוונטית, כל הפרעה אלקטרומגנטית, ולו הזעירה ביותר, עלולה לשנות את המצב הקוונטי של הקיוביט ולהוביל לשגיאות חישוביות.
זו הסיבה שמחשבים קוונטיים יכולים לפעול רק בתנאי מעבדה הרמטיים. מחשב-העל הקוונטי של IBM, למשל, פועל בתנאי ואקום ובטמפרטורה הנמוכה מ-250 מעלות מתחת לאפס.
בשיחה עם "ישראל היום", מסביר ד"ר אסיף סיני, מייסד-שותף ומנכ"ל קדמה, כי ביצועיו של מעבד קוונטי אינם תלויים רק במספר הקיוביטים, אלא גם בשיעור השגיאות. "בחישוב קוונטי כל שגיאה קטנה מתעצמת באופן אקספוננציאלי".
לדבריו, "די ששיעור השגיאות יהיה אחוז אחד כדי להפוך את התוצאה לבלתי מהימנה. על כן, זה כלל לא משנה כמה קיוביטים יש במעבד, כי כל עוד לא ממזערים את השגיאות - אין בו תועלת".
קדמה פיתחה מעין מערכת הפעלה למחשבים קוונטיים, אשר מסייעת לבטל את "הרעש" הקוונטי. באמצעות אלגוריתמיקה מיוחדת, התוכנה לומדת ומאפיינת את הרעש בזמן אמת, ו"מכווננת" בהתאם את הפולסים והמתחים של המעגל הקוונטי כדי לתקן את הרעש. התוכנה מאפשרת, למעשה, להריץ אלגוריתמים קוונטיים מבלי שהם יהיו מושפעים משגיאות.
לדברי IBM, המעבד החדש שלה, המתבסס על מוליכי-על, תוכנן בארכיטקטורה חדשה, שמפחיתה פי 5 את מספר השגיאות בהשוואה למעבד הקודם שלה, Eagle. לדברי ד"ר סיני, מדובר בקפיצת מדרגה ברמת החומרה שמקרבת אותנו ליתרון קוונטי.
"IBM ביצעה שינוי חכם בארכיטקטורה של המעבד שמפחית את שיעור השגיאות ברמת החומרה לשברי אחוזים. בשילוב התוכנה שלנו, יהיה ניתן להגיע ליתרון קוונטי ראשוני תוך פחות משנה. ההבטחה של מחשוב קוונטי גדולה מאוד, וזה צפוי לשנות בהדרגה את עולמנו", מסכם סיני.
טעינו? נתקן! אם מצאתם טעות בכתבה, נשמח שתשתפו אותנו