מיקרוסופט הודיעה על תוכניתה לבנות מחשב-על קוונטי בעשר השנים הקרובות, לאחר פריצת דרך במחקר שלה על קיוביטים טופולוגיים. סגנית הנשיא לפיתוח קוונטי מתקדם של החברה, Krysta Svore, הצהירה כי ציר הזמן של מחשב העל הקוונטי הוא במונחים של שנים ולא של עשרות שנים.

המחקר של מיקרוסופט על מחשוב קוונטי היה נרחב. הוא כולל תחומים כמו מנגנוני בקרה, הפחתת רעש ופריסה. המטרה של החברה היא להגיע לקצב של מיליון פעולות קוונטיות בשנייה עם שיעור כשל של אחת לטריליון פעולות. כרגע לא ברור כמה קיוביטים יידרשו לשם כך בארכיטקטורת הקיוביט הטופולוגית של מיקרוסופט.

המתחרות של מיקרוסופט, כולל IBM, Quantinuum ואינטל, כבר ביססו את דריסת הרגל שלהן בתעשייה, כשהן מספקות יחידות עיבוד קוונטיות (QPUs), פתרונות מבוססי תוכנה או גישה מבוססת ענן טהורה לחומרת מחשוב קוונטי. עם זאת, מיקרוסופט מאמינה שהיא יכולה להדביק את הפער ולעלות על החברות הללו למרות ההתחלה האיטית יותר שלה.

מיקרוסופט גם הציעה מדד חדש למדידת ביצועי מחשב קוונטי, ה-Quantum Operations Per Second (rQOPS) האמין, המודד כמה פעולות אמינות ניתן לבצע בשנייה אחת. זאת בניגוד לתקן CLOPS המוצע של יבמ.

הפוסט מיקרוסופט: נבנה מחשב על קוונטי בתוך עשור הופיע לראשונה ב-Chiportal.

רשות החדשנות מכריזה על הקמת המאגד הגדול בתולדותיה – לפיתוח טכנולוגיות מחשוב קוונטי בתקציב של  115 מיליון ₪ * לצורך הקמת המאגד חברו חמש חברות טכנולוגיה ישראליות: חטיבת אלתא של התעשייה האווירית, קוונטום ארט, קלאסיק, קדמה ורפאל. הפיתוח הטכנולוגי ייתמך ע״י קבוצות אקדמיות מובילות ממגוון גופי מחקר: האוניברסיטה העברית, מכון וייצמן, אוניברסיטת בר אילן, הטכניון ובית החולים סורוקה

ד״ר עמי אפלבום, יו״ר רשות החדשנות: ״המחשב הקוונטי ישנה מהיסוד את העולם שבו אנו חיים בדומה ואולי בעוצמה גדולה יותר לשינויים שהעולם עבר עם הכנסת המחשבים לחיי היום יום שלנו במהלך החמישים שנים האחרונות. למחשבים הקוונטיים חשיבות עליונה לחוסן הלאומי של מדינת ישראל וביכולת כלכלת ישראל להמשיך ולצמוח. בשלבים הראשוניים מיחשוב קוואנטי ימומש באתגרים של מאגרי נתונים עצומים שלמחשבים הנוכחיים לוקח שבועות ואולי שנים בכדי לחשב. עם התפתחות המיחשוב הקוונטי הוא יחדור לתחומים רבים בחיי היום יום כגון רפואה מותאמת אישית ועוד. המאגד שאושר על ידי רשות החדשנות כולל מעבדים המפותחים בישראל המשתמשים בטכנולוגיות פורצות דרך ברמה המדעית והטכנולוגית. מבנה מערכת ההפעלה והשליטה ובקרה של המחשב הקוונטי הישראלי גם הם פורצי דרך וייחודיים בעולם. שיתוף הפעולה הציבורי, הפרטי והאקדמי הבא לידי ביטוי במאגד זה יעמיד את ישראל בחזית המדעית והטכנולוגית העולמית בתחום המיחשוב הקוונטי״

דרור בין, מנכ"ל רשות החדשנות: ״ במחשוב קוונטי נעשה שימוש בתכונות ותופעות מהפיסיקה הקוונטית, למימוש רכיבים, מערכות, יכולות ושירותים, המאפשרים ביצוע חישובים ברמת מורכבות גבוהה בסדרי גודל גם ביחס למחשבי העל המוכרים כיום. התחום נמצא בראשית דרכו ובפריצה משמעותית אל עבר מסחור, ושווי השוק העולמי מוערך בעשרות מיליארדי דולרים בתוך העשור הקרוב. זוהי אולי הטכנולוגיה המשבשת ביותר כיום, עם השפעה צפויה בשווקים רבים כגון בתחום הרפואי והפארמה, פיתוח חומרים, תחום האנרגיה, התחבורה והלוגיסטיקה, הבטחון, ועוד. חובה עלינו כממשלה להשקיע בתחום זה על מנת להניח את התשתית הלאומית שתאפשר להייטק הישראלי להמשיך להוביל עולמית".

תחום המחשוב הקוונטי הינו תחום עתיר סיכון אך כזה שעשוי להציב את ישראל בחזית העולמית כטכנולוגיה מאפשרת לפיתוח יישומים במגוון שווקים. המאגד שאושר ממשיך את פעילות רשות החדשנות בתכניות שונות ובמסגרת התכנית הלאומית למדע וטכנולוגיות (פורום תל"מ) קוונטים לקידום התעשיה והאקדמיה הישראלית, למצב אותה בשורה הראשונה בעולם, ולקצר את הדרך אל שותפות בשוק המסחרי התחרותי בעולם.

המאגד יקדם 2 טכנולוגיות של מעבד קוונטי – יונים לכודים ומוליכי על – שהינן מהמתקדמות והבשלות יותר כיום בעולם, לצד שכבות עמוקות של תוכנה קוונטית. הפיתוחים המרכזיים שיקודמו כוללים את המעבדים הקוונטיים עצמם, אבני בניין מערכתיות, כלי שליטה קוהרנטית, כלי תוכנה לאפיון והפחתת רעשים, וסביבת תוכנה אוטומטית מלאה מרמת האפליקציה ועד המימוש הפיזיקלי. המאגד יוכוון ע״י יישומים רלבנטיים, ויעסוק בהוכחת ביצועים ופיתוח מדדים לאפיון מערכות מחשוב קוונטי.

תוצרי המאגד יכללו הדגמות טכנולוגיות מערכתיות של מערכות מחשוב קוונטי ברמה של עשרות קיוביטים, שייסייעו לקדם את התעשיות הישראליות אל השורה הראשונה בחזית המדעית והטכנולוגית.
לכשתבשיל הטכנולוגיה הרשות תתמרץ הנגשת הטכנולוגיה לתעשיית המו"פ בישראל בעזרת מעבדת המחשוב הקוונטי שבהקמה.

במאגד משתתפות חמש חברות ישראליות: חטיבת אלתא של התעשייה האווירית, קוונטום ארט, קלאסיק, קדמה ורפאל. הפיתוח הטכנולוגי ייתמך ע״י קבוצות אקדמיות מובילות בישראל: פרופ׳ נדב כץ, פרופ׳ אלכס רצקר, ופרופ׳ רעם אוזדין מהאונ׳ העברית, פרופ׳ רועי עוזרי ממכון וייצמן, פרופ׳ מיכאל שטרן מאונ׳ בר אילן, פרופ׳ סטיבן פרנקל ופרופ׳ טל מור מהטכניון, וקבוצת מחקר בראשות ד״ר אוהד בירק מביה״ח סורוקה.

תקציב המאגד הינו ל-3 שנים עומד על כ-115 מיליון ₪.

הפוסט בונים מחשב קוונטי כחול לבן הופיע לראשונה ב-Chiportal.

אוקטובר 1955: "ויצק", המחשב הראשון בישראל ואחד הראשונים בעולם, נחנך במכון ויצמן למדע. 67 שנים אחרי, נרשם במכון ויצמן פרק חדש בתולדות המחשוב בישראל: במעבדתו של פרופ' רועי עוזרי פותח מחשב קוונטי אוניברסלי – אחד מכ-30 מחשבים קוונטיים בעולם ופחות מ-10 בטכנולוגיה של מלכודות יונים. בימים אלה שוקדים החוקרים על הפרויקט הבא: מחשב קוונטי גדול יותר שאפשר יהיה להדגים באמצעותו "יתרון קוונטי" – היכולת לבצע חישובים שמחשבים רגילים, חזקים ככל שיהיו, אינם יכולים לבצע. יכולות אלה הן הגביע הקדוש של התחום כולו, שכן הן צפויות לאפשר בעתיד שלל יישומים – מפיצוח צפנים וחיזוי פיננסי, דרך קפיצת מדרגה בבינה מלאכותית ועד פיתוח תרופות וחומרים חדשים. כמחווה ל"ויצק" ייקרא הדור הבא של המחשב הקוונטי WeizQC.

הקדמה האנושית במאה השנים האחרונות נסמכה על מחשבים. עם זאת, מכונות החישוב שלנו, ממש כמונו, כבולות לחוקי הפיסיקה הקלאסית. מגבלה זו מהווה תקרת זכוכית שאינה מאפשרת קפיצת מדרגה חישובית שתקדם את האנושות בחזיתות רבות. מכונות חישוב קוונטיות, לעומת זאת, מצייתות לחוקים אחרים לגמרי – החוקים של תורת הקוונטים השולטים בעולמם של החלקיקים המיקרוסקופיים. אם בעולם שאנחנו מכירים, אדם, חפץ או ביט של מחשב יכולים להימצא בהכרח במצב אחד, או במקום אחד, ביטים קוונטיים, הקרויים בחיבה קיוביטים, יכולים להימצא ביותר ממצב אחד בו-בזמן. עובדה פיסיקלית שומטת לסתות זו פותחת את הדלת בפני כוח חישובי אדיר – גדול לאין ערוך מהמחשב החזק ביותר בעולמנו.

ככה נראה מחשב קוונטי: מלכודת היונים הוטמנה בתא ואקום והוכנסה למיכל מתכת גדול המגן על היונים מפני רעשים מגנטיים. תצלום: פרדי פיזנטי

"מחשוב קוונטי זו הבטחה טכנולוגית-מדעית שעד לפני כמה שנים הייתה מוגבלת למעבדות מחקר אוניברסיטאיות", מספר פרופ' עוזרי שהיה אחד החלוצים בתחום בישראל כאשר חזר לפני 15 שנה ממחקר בתר-דוקטוריאלי בארה"ב בהנחיית חתן פרס נובל לפיסיקה דייוויד וינלנד. "בערך לפני שבע או שמונה שנים ההבטחה פרצה את גבולות האקדמיה והחל מרוץ מהיר לבניית מחשב קוונטי כשבחזית ניצבות ענקיות כמו גוגל, אמזון ויבמ. במקביל, מעצמות כמו סין, ארה"ב והאיחוד האירופי השיקו אף הן תוכניות אסטרטגיות עתירות תקציב לקידום התחום".

למרות תקציבי הענק וההתגייסות של הגופים החזקים בעולם, גם כיום הדרך למחשב קוונטי בעל יכולות משמעותיות עדיין רצופה חתחתים. אחד המכשולים הבולטים בתחום הוא הרגישות הגדולה של המחשבים הקוונטיים לרעשים סביבתיים, והקושי הנגזר מכך בבניית מערכות מחשוב גדולות ומורכבות. במאמר המתפרסם היום בכתב-העת המדעי PRX Quantum מציגים החוקרים, בהובלת ד"ר תום מנוביץ' ותלמיד המחקר יותם שפירא, שני חידושים אשר מתמודדים עם אתגרים אלה ויושמו בהצלחה בבניית המחשב הקוונטי שבמעבדתם.

זהירות, מלכודת

בניגוד למחשבים המוכרים לנו הבנויים כולם באותה הטכנולוגיה, במחשוב קוונטי מתנהלת כיום תחרות על הבכורה בין טכנולוגיות שונות. אחת הטוענות הבולטות לכתר היא הטכנולוגיה של מלכודות יונים, שבה כל יון – כלומר אטום בעל מטען חשמלי – מהווה קיוביט בודד. בדומה לביטים שיכולים לעבור בין מצב אחד למשנהו (0 או 1), גם קיוביטים מבוססי יונים יכולים לעבור בין מצבים שונים המיוצגים באמצעות המסלול סביב הגרעין של האלקטרון בקליפה החיצונית של היון. בעוד במחשב רגיל המעבר הוא באמצעות זרם חשמלי, במלכודות יונים הבזקי לייזר הם אלו המעבירים את הקיוביטים בין מצביהם השונים. פעולות אלה על הקיוביטים מכונות שערים לוגיים. כדי לבצע חישובים מורכבים יש לבצע פעולות על יותר מקיוביט אחד, אך הדבר מועד לפורענות ועלול לגרום לאיבוד האופי הקוונטי של המערכת. לשם כך פיתחו החוקרים דפוס שימוש בהבזקי לייזר המאפשר ליצור שערים לוגיים קוונטיים שהינם עמידים יותר בפני רעשים סביבתיים. "השימוש בשערים עמידים מאפשר לנו להביא את המחשב שפיתחנו למעטפת ביצועים דומה לזו שאפשר למצוא כיום בעולם המסחרי", אומר פרופ' עוזרי.

ואולם גם כאשר השערים הלוגיים עמידים יותר, הרגישות הגבוהה של המערכת תוביל בסופו של דבר להצטברות שגיאות ולאיבוד מהיר של היתרון הקוונטי. לפיכך, נדבך חשוב בפיתוח מחשבים קוונטיים הוא היכולת הלא טריוויאלית לבצע תיקון שגיאות. כדי לתקן שגיאה צריך קודם כל לזהות אותה, כלומר למדוד את הקיוביטים, אך מדידה היא פעולה אגרסיבית שתוביל בהכרח לאיבוד האופי הקוונטי. הפתרון לכך הוא למדוד חלק מהקיוביטים, אך לא את כולם. במערכות מבוססות יונים, מדידת הקיוביטים נעשית באמצעות מערכות אופטיות: מאירים את היונים באמצעות לייזר, ולפי פיזור האור (או היעדרו) יודעים להבדיל בין המצבים השונים של הקיוביטים. במחשב שפותח במכון, במקום גלאי האור המקובלים אשר מודדים כל יון בנפרד ומאפשרים עיבוד מהיר של מידע, השתמשו המדענים במערך מבוסס מצלמה המאפשר לקרוא את כל הקיוביטים במקביל. כדי לשמור על האופי הקוונטי של המערכת, הסתירו החוקרים מהמצלמה חלק מהקיוביטים והתגברו על עיבוד הנתונים האיטי באמצעות פיתוח מערכת מהירה של מעגלים אלקטרוניים המאפשרת לקרוא את נתוני המצלמה, לעבד את המידע ולקבל החלטות בהתאם לתוצאות המדידה.

המחשב הקוונטי שבנו במעבדתו של פרופ' עוזרי כולל כיום חמישה קיוביטים – בדומה למחשבים שהושקו בשירותי המחשב הקוונטי בענן של יבמ. הדור הבא של המחשב שנבנה בימים אלה מתוכנן לכלול 64 קיוביטים והוא צפוי לאפשר הדגמה של יתרון קוונטי – יתרון שהודגם עד כה בשני מחשבים בלבד: במעבדות גוגל ובסין.

"בישראל של שנות ה-50, כשהיו פה גמלים וביצות, בנו כאן את אחד המחשבים הראשונים בעולם. כיום ישראל היא אימפריה טכנולוגית ואין שום סיבה שלא נתייצב בחזית המרוץ למחשב הקוונטי"
על-אף המעמד שצברה ישראל בעשורים האחרונים כמובילה טכנולוגית, גם כיום סבורים רבים שכדי להיות שחקנית במרוץ הבינלאומי למחשב הקוונטי, נדרשות יכולות של מעצמה כלכלית – יכולות שאינן מתאימות לכאורה למידותיה של ישראל. פרופ' עוזרי מתקומם על תפיסה זו: "בישראל של שנות ה-50, כשהיו פה גמלים וביצות, בנו כאן את אחד המחשבים הראשונים בעולם. כיום ישראל היא אימפריה טכנולוגית ואין שום סיבה שלא נתייצב בחזית המרוץ למחשב הקוונטי".

בבניית המחשב הקוונטי השתתפו ד"ר תום מנוביץ', יותם שפירא, ליאור גזית, ד"ר ניצן אקרמן וחוקרים ותלמידי מחקר נוספים ממעבדתו של פרופ' רועי עוזרי במחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון. את הפן התיאורטי של הפרויקט הוביל פרופ' עדי שטרן מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון.

הפוסט במכון ויצמן החל לפעול המחשב הקוונטי הישראלי הראשון הופיע לראשונה ב-Chiportal.

.

.

הפוסט מחשב קוונטי הצליח לחשב חישוב שבמחשב רגיל הוא מסובך הופיע לראשונה ב-Chiportal.

חוקרים מהטכניון ומ"אימפריאל קולג'" בלונדון תכננו "תותח פוטונים" היורה צרורות של פוטונים (חלקיקי אור) שזורים. ההצעה פורסמה באחרונה בכתב העת המדעי היוקרתי "פיסיקאל רוויו לטרס" (Physical Review Letters) ומעוררת עניין יוצא דופן בקהילה המדעית הגדולה המנסה לבנות מחשב קוונטי.
"יש עניין עצום בבנייה של מחשב קוונטי", מסביר הדוקטורנט נתנאל לינדנר מהפקולטה לפיסיקה בטכניון. "16 ביטים קוונטים (קיוביטים) שקולים למחשב שולחני חזק עם זיכרון של ארבעה ג'יגהבייט (שלושים ושניים מיליארד ביטים). בעוד שתוספת של ביט "רגיל" מגדילה את יכולת החישוב ביחידה אחת, כל ביט קוונטי נוסף מכפיל(!) את הכח החישובי (למשל – 17 קיוביטים כבר יהיו שקולים למחשב עם שישים וארבעה מיליארד ביטים).

לפיכך, המוטיבציה ליצור מחשב קוונטי היא גבוהה מאד, אולם בעשור האחרון התברר כי הגדלת מספר הקיוביטים הינה עסק מסובך ביותר, עקב הקושי ליצור חלקיקים שזורים שישמשו בתור קיוביטים.

שזירה בין חלקיקים היא תופעה מרתקת הייחודית למכניקת הקוונטים, ומהווה את אחת הדוגמאות הבולטות להבדל העקרוני בינה לבין תפיסת העולם של המכניקה הקלאסית. השזירה מאפשרת, למשל, לבצע טלפורטציה של מצבים, ועומדת בבסיס המחשבים הקוונטיים העתידיים. טלפורטציה קוונטית מאפשרת העברת אינפורמציה ללא נשא פיזי, באופן מיידי וללא הגבלת מרחק.

מדענים רבים חושבים כי פוטונים הם המועמדים הטובים ביותר להיות ביטים קוונטים, אולם גם אותם קשה לייצר שזורים. נתנאל לינדנר מהפקולטה לפיסיקה בטכניון וד"ר טרי רודולף מ"אימפריאל קולג'" בלונדון הציעו שיטה חדשה, שבה אטומים מלאכותיים הבנויים ממוליכים למחצה ("נקודה קוונטית" בשפה המקצועית), פולטים מחרוזות של פוטונים שזורים בצורה מבוקרת.

"השיטות המקובלות כיום מייצרות פוטונים שזורים בצורה לא מבוקרת. לכן, בשיטות אלה חוקרים הצליחו לשזור ששה פוטונים לכל היותר, ומעבר לכך יהיה קשה מאד להתקדם. לעומת זאת, אנו מעריכים כי כמות הפוטונים השזורים שניתן לקבל בשיטתנו – תהיה גדולה באופן משמעותי", אומר נתנאל לינדנר.
הפיסיקאי הניסיוני פרופסור אנדרו וייט מהמרכז החשוב לאופטיקה קוונטית באוסטרליה, רואיין לאחרונה לכתב העת "ניו סיינטיסט" (“New Scientist”) ואמר כי "זו עבודה מדהימה, ההצעה התיאורטית המרגשת ביותר שקראתי בחמש השנים האחרונות. לדעתי היא תהווה התקדמות מהפכנית במחשוב קוונטי אופטי", הדגיש.

הפוסט חוקרים מהטכניון ומ"אימפריאל קולג'" בלונדון תכננו "תותח פוטונים" היורה צרורות של פוטונים שזורים הופיע לראשונה ב-Chiportal.