מדענים ביבמ השיגו התקדמות משמעותית בדרך למחשוב קוונטי

החזון הטכנולוגי

מדעני יבמ השיגו התקדמות משמעותית בדרך למחשוב ברמת החלקיק האטומי יבמ הציגה שיאים בדיוק הקריאה והחישוב של סיביות קוונטיות. חוקרים במעבדות יבמ רשמו התקדמות משמעותית בדרך לבניית מחשב קוונטי.

על פי החזון הטכנולוגי, מחשבים קוונטיים יפעלו במהירויות גדולות בכמה וכמה סדרי גודל מאלה המוכרים לנו כיום – באמצעות שימוש בעקרונות מכניקת הקוונטים: במקום הטרנזיסטורים המוכרים לנו כיום, שבהם קיימים שני מצבים בלבד – נשען המחשוב הקוונטי על שינוי במסלול החלקיקים המקיפים את האטום ובמרחק בין המסלול הסיבובי הזה ובין גרעין האטום.

בדרך למחשוב קוונטי, יש להתגבר על בעייה מעשית מורכבת, של אופן הקריאה של מצב החלקיקים בכל רגע נתון, שמירה ושליטה על מסלולם. שילוב בין שורת טכנולוגיות איפשר למדענים של יבמ להציב שלושה שיאים חדשים של צמצום מספר שגיאות הקריאה וכתוצאה מזה – צמצום מספר שגיאות החישוב.

רכיבים בסביבת מוליכי-על

סיבית קוונטית היא היחידה הבסיסית שבה נרשם מידע במחשוב קוונטי. ביבמ בחרו להתשמש בסיביות קוונטיות בסביבת מוליכי-על, הנבנות בטכנולוגיות ייצור מקבילות לאלה שבהן נעשה שימוש בעולם שבבי הסיליקון.

כך, מציע החידוש הנוכחי של יבמ את הפוטנציאל להרחבה עתידית של תהליך הייצור, על מנת לבנות אלפים ומליונים של יחידות כאלה. עבודת המחקר של יבמ תוצג בכנס השנתי של החברה האמריקאית לפיזיקה, שייערך השבוע בבוסטון.

המאפיינים המיוחדים של סיביות קוונטיות מאפשרות למחשב קוונטי לעבוד על אלפי חישובים בעת ובעונה אחת – לעומת מספר מוגבל ביותר בו מסוגל מחשב רגיל לטפל. כך, למשל, מערך של 250 סיביות קוונטיות כולל יותר סיביות מידע מאשר המספר הנדרש על מנת למנות את כל החלקיקים האטומיים הקיימים בתבל.

השימושים הראשונים במחשוב קוונטי עשויים להיות בתחום הצפנת נתונים. יישומים אחרים צפויים לכלול בסיסי נתונים במידע בלתי מובנה, לאפשר אופטימיזציה של משימות ולפתור בעיות מתמטיות מורכבות במיוחד.

איך זה עובד?

אחת הבעיות המרכזיות הניצבות בפני מדענים המפתחים יישומי מחשוב קוונטי, נוגעת לחוסר העקביות של קריאת הנתונים: שגיאות בחישובים הנולדות בשל שילוב גורמים משפיעים דוגמת חום, קרינה אלקטרו-מגנטית ופגמים בחומרים.

על מנת להתמודד עם הבעיות האלה, מחפשים המדענים מזה שנים ארוכות אחר דרכים לצמצום מספר השגיאות – באמצעות הארכת משך הזמן שבו שומרת סיבית קוונטית על המאפיינים המכאניים שלה.

יבמ עורכת ניסויים בסיבית קוונטית תלת מימדית 3D qubit, בגישה שנולדה באוניברסיטת ייל. הצוות של יבמ משתמש בסיבית כזאת על מנת לשמור על המאפיינים המכאניים של הקוונטים למשך 100 מיקרו-שנית – מעט מעבר לערך הסף המינימאלי המאפשר הפעל מנגנון תיקון שגיאות.

בניסוי אחר במעבדות המחקר של יבמ, הצליחו החוקרים להציג עבודה של סיבית קוונטית מסורתית יותר, במבנה דו-מימדי, (2D qubit), וליישם פעולה לוגית של מערך בן שתי סיביות כאלה על מנת להגדיר פעולת "לא" מבוקרת (controlled-NOT). הרכיב הזה מציג שיעור הצלחה של 95%.

בדרך לבניית מחשב קוונטי ניצבים עדיין אתגרים מדעיים וטכנולוגיים גדולים במיוחד – ועדיין התוצאות הנוכחיות מצביעות על תמונה חיובית, ממנה ניתן להסיק כי אפשר יהיה לבנות מחשב כזה בעתיד שאינו רחוק מאד.

מאז אמצע 2009, רשמה יבמ התקדמות משמעותית בבניית רכיבי ליבה קוונטיים, תוך שיפורים של פי 100 עד פי 1,000 בביצועיהם. התוצאות הנוכחיות, מציבות את החוקרים קרובים מאד לערכי המינימום של ביצועים ורמת דיוק הנדרשים לבניית מחשב קוונטי בהיקף מלא.