התקדמות משמעותית בתחום המחשוב קוונטי: אינטל חושפת שבב ניסוי ראשון

אינטל דיווחה היום (ג') על מסירה של שבב סופר-מוליך (superconducting) של 17 קיוביט, המציג שכלולים חדשניים המאפשרים לו ביצועים משופרים מכפי שהושג עד היום והמיועד לשימוש במחשוב קוונטי. השבב נמסר למעבדות QuTech באוניברסיטת דלפט בהולנד - שותפה של אינטל במחקר בתחום המחשוב הקוונטי, שם ימשיך הצוות בהולנד לבדוק את השבב כדי לראות את טיב הביצועים האינדיבידואליים של ה-Qubits ושל השזירה ביניהם. במקביל הצוות של אינטל באורגן ואריזונה ימשיך לשפר את תהליכי הייצור של השבבים והמארזים כדי להרחיב למספר רב יותר של Qubits.

השבב החדש של אינטל למחשוב קוונטי קוטרו כ-25 מ"מ והוא נתון במארז שקוטרו כ-30 מ"מ. הוא מבוסס על ארכיטקטורה חדשה המאפשרת אמינות וביצועים תרמיים משופרים והפרעות פחותות לתדר הרדיו בין Qubits, ותכנון ייחודי המאפשר להכניס ולהוציא מהשבב פי 10 עד 100 יותר אותות בהשוואה לשבבים קונבנציונליים. המארז פותח ויוצר מחומרים המאפשרים הרחבה של מערכות מחשוב קוונטיות משולבות.

"מחקר המיחשוב הקוונטי שלנו התקדם לשלב שבו שותפתנו, QuTech, מדמה עומסי עבודה של אלגוריתמי מחשוב קוונטי - ואינטל מייצרת שבבי Qubits ניסיוניים חדשים באופן סדיר במתקני הייצור המתקדמים שלנו" אמר ד"ר מייקל מייברי, סגן נשיא בכיר ומנהל כללי של מעבדות אינטל. "מומחיותה של אינטל בייצור, בקרת אלקטרוניקה וארכיטקטורה מייחדת. "שבב המבחן הזה יאפשר לנו להתמקד בחיבור, בקרה ומדידה של מספר רב של Qubits השזורים (entangled) זה בזה בדרך לתכנית תיקון שגיאות ולקיוביט לוגי," אמר פרופסור לאו דיקרלו מ-QuTech. "עבודה זו תאפשר לנו לגלות תובנות נוספות במחשוב קוונטי אשר יכתיבו את שלב הפיתוח הבא".

מה זה Qubits ואיך עובד בעצם מחשוב קוונטי?

באינטל מסבירים "מחשוב קוונטי הוא המחשוב המקבילי האולטימטיבי המספק למחשבים מיוחדים יכולות חישוב עצומות ומאפשר למחשבים אלה להתמודד עם בעיות סבוכות שמחשבים רגילים אינם מסוגלים לבצע. מחשבים קוונטים בעלי עוצמת מחשוב גדולה יוכלו בעתיד לקדם את המחקר במאבק במחלות, בפיתוח חומרים חדשים ובפתרונות אנרגיה חדשניים.

מחשוב רגיל מבוסס על ביצוע חישובים על מידע שנשמר ביחידות דיגיטליות בסיסיות הקרויות ביטים. כל ביט מציג ערך של 1 או 0 (כלומר ערך בינארי). יחידת החישוב הבסיסית של מחשוב קוונטי היא קיוביט (Qubit) וייחודה הוא בכך שהיא יכולה להציג ערכים של 1 ו-0 בו זמנית. אם מדמים ביט במחשב קלאסי למטבע, אז הוא יכול להציג שתי תוצאות בלבד - עץ או פלי. לעומת זאת, ביט במחשוב קוונטי - קיוביט - יסתובב כל הזמן ויציג עץ ופלי בעת ובעונה אחת. מחשוב קוונטי מבוסס על המדידה של הערך היחסי של הקיוביט בנקודת זמן - האם יותר 1 מ-0.
מאחר שקיוביט יכול להיות בו זמנית בשני מצבים - 0 ו-1, שני קיוביטים יכולים לייצג ארבעה מצבים, וכן הלאה במכפלות. מאותו רגע, לא ניתן להתייחס לכל קיוביט כיחידה עצמאית מאחר שהם שזורים יחד. ככל שמוסיפים יותר Qubits מספר המצבים שהם מייצגים גדל באופן אקספוננציאלי והמשמעות היא שבמיחשוב קוונטי ניתן לבצע מספר גדול מאוד של חישובים במקביל".

"אחד האתגרים המרכזיים הוא הקושי במדידה שמקורו בעובדה שקיוביטים הם מאוד שבירים וכל רעש או מדידה של מצבם יכולה לגרום להם לאבד את המידע השמור בהם. לפיכך דרושה מערכת שתכיל את הקיוביטים בתנאי קור קיצוניים של 20 Millikelvin - פי 250 קר יותר מאשר הקור השורר בחלל החיצון. עובדה זו הופכת את האריזה של הקיוביטים ושמירה על סביבת העבודה שלהם הכרח קריטי לתפקוד שלהם. קבוצת פיתוח הרכיבים של אינטל באורגון, וחטיבת ההרכבה וטכנולוגיות הניסוי של החברה באריזונה דוחקים בשנים האחרונות את גבולות המחקר והפיתוח של השבבים וטכנולוגיות האריזה על מנת להתגבר על האתגרים הייחודיים שמציב מחשוב קוונטי".

אז האם המחשבים הקוונטים יחליפו את המיחשוב הרגיל שאנו מכירים? לא בהכרח, ולפחות לא בשלבים הראשונים. למעשה שימוש במעבד קוונטי לפעולות יומיות דוגמת צפיית סרטים באיכות גבוהה על המחשב לא תמיד יהיה דווקא יעיל יותר, מומחים טוענים שהמיחשוב הקוונטי יהי מוכוון שימוש ובתחילה ייועד רק לצרכי חישובים מורכבים, כאלו העומדים בפתחם של בסיסי נתונים ענקיים.

באינטל אומרים כי "למרות שמחשבי קוונטיים צופנים פוטנציאל ליעילות וביצועים מוגברים בהתמודדות עם בעיות מסוימות, הם לא יחליפו את הצורך במחשוב "רגיל" או בטכנולוגיות חדשות אחרות כגון מחשוב נוירומורפי. אנו מצפים שמחשוב קוונטי ישפר את היכולות של מחשבי העתיד עתירי הביצועים. איננו מצפים לראות מחשבים קוונטיים נישאים, למשל, אבל מדענים יוכלו להיכנס למערכות קוונטיות דרך הענן ולהשתמש בהן כמאיצים לצד שרתים ומערכות מחשוב קלאסיות אחרות המונעים במעבדי Xeon. יש לזכור שצריך עוצמת מחשוב אדירה בכדי לתכנן, למדל ולהפעיל את המערכות האלו".