HSBC הכריז ב־25 בספטמבר על הישג עולמי ראשון מסוגו: עדות אמפירית ליתרון הממשי של מחשבים קוונטיים בפתרון בעיות מהעולם האמיתי – בתחום המסחר האלגוריתמי באג"ח תאגידי. במסגרת ניסוי משותף עם IBM, הצליחו החוקרים לשלב בין מחשוב קלאסי למחשוב קוונטי ולהשיג שיפור של עד 34% בחיזוי ההסתברות שעסקה תושלם במחיר שנקבע, בהשוואה לשיטות הקלאסיות הנפוצות בענף.

מסחר אלגוריתמי באג"ח מתבסס על מודלים ממוחשבים שמ定ים מחירי הצעות ללקוחות בתנאי שוק משתנים ובתהליכי תחרות מהירים. מטרת המודלים היא לאפשר לסוחרים להתמקד בעסקאות הגדולות והמורכבות יותר. הניסוי הראה כי השימוש בשיטות קוונטיות, גם בטכנולוגיות קיימות, מספק יתרון בפתרון בעיות החישוב המורכבות הכרוכות בכך – במיוחד בשווקים מחוץ לבורסה (OTC), שם המסחר מתבצע ישירות בין צדדים ללא מתווך מרכזי.

הצוותים מ־HSBC ומ־IBM בחנו נתוני מסחר בקנה מידה אמיתי על פני מספר מחשבים קוונטיים של IBM, בהם המעבד החדשני IBM Quantum Heron, והראו שיפור משמעותי בזיהוי אותות מחירים נסתרים מתוך נתוני שוק רועשים. בכך הוצגה לראשונה היכולת של מחשוב קוונטי להשתלב ישירות בתהליכים עסקיים מהותיים ולספק יתרון תחרותי.

פרופ' פיליפ אינטלורה, ראש תחום טכנולוגיות קוונטיות בקבוצת HSBC, אמר:
"מדובר בפריצת דרך עולמית במסחר באג"ח. הצלחנו להראות שמחשבים קוונטיים יכולים לפתור בעיות אמיתיות בקנה מידה גדול ולהעניק יתרון עסקי מוחשי כבר היום – לא בעתיד רחוק."

ג'יי גאמבטה, סגן נשיא IBM Quantum, הוסיף:
"הניסוי מדגים את הכוח של שילוב בין ידע ענפי מעמיק למחקר אלגוריתמי מתקדם, כאשר חוזקות המחשוב הקלאסי מתעצמות בזכות המרחב החישובי הייחודי שמציעים מחשבים קוונטיים."

מחשוב קוונטי, המתבסס על עקרונות מכניקת הקוונטים, מאפשר ייצוג ועיבוד מידע במרחב חישובי אקספוננציאלי רחב בהרבה מזה של מערכות קלאסיות – ובכך להתמודד עם בעיות שאפילו מחשבי־על קלאסיים אינם מסוגלים לפתור. השילוב בין מחשוב קלאסי לקוונטי מציב את התחום על סף מהפכה בתעשיות הפיננסיות.

תגים

HSBC, IBM, מחשוב קוונטי, מסחר אלגוריתמי, אג"ח תאגידי, IBM Quantum Heron, פינטק, שווקים פיננסיים, OTC

ביטוי מפתח

מחשוב קוונטי במסחר אלגוריתמי

נרדפים

מחשוב קוונטי, מסחר באג"ח, HSBC, IBM, מסחר אלגוריתמי, פינטק, IBM Quantum Heron, טכנולוגיות פיננסיות, קוונטום פייננס

SLUG

hsbc-ibm-quantum-bond-trading

הפוסט הבנק HSBC ו־IBM הדגימו לראשונה בעולם מסחר אלגוריתמי באג"ח בסיוע מחשוב קוונטי הופיע לראשונה ב-Chiportal.

הכוחות היסודיים שמעצבים את היקום מוסברים בעזרת מודלים תיאורטיים מורכבים. קשה ללמוד אותם. סימולציה מדויקת שלהם גדולה על יכולותיהם של מחשבי-על מסורתיים.

עכשיו מדענים מן האוניברסיטה הטכנית של מינכן (TUM), מאוניברסיטת פרינסטון ומ-Google Quantum AI הראו שמחשבים קוונטיים יכולים להיות כלי עוצמתי לחקירת התחום המאתגר הזה. הם מציעים חלון לדינמיקה של אבני-הבניין הבסיסיות של הטבע.

פרטי המחקר, שפורסמו בכתב העת Nature, מסמנים התקדמות חשובה במחשוב קוונטי. הצוות השתמש ישירות במחשב הקוונטי של גוגל כדי לדמות אינטראקציות יסודיות. העבודה מדגימה את הפוטנציאל של הטכנולוגיה לתגליות עתידיות. הגישה עשויה לעזור לחשוף תובנות עמוקות בפיזיקת חלקיקים, בחומר קוונטי ואף בטבע המרחב והזמן. בלב העבודה עומד היעד להבין טוב יותר את היקום ברמת היסוד, כפי שמתואר במסגרת המתמטית של תיאוריות כיול.

כיתוב תמונה: צוות החוקרים ב-TUM (משמאל): פרופ’ פרנק פולמן, תלמיד המחקר ברנהרד יובסט, פרופ’ מיכאל קנאפּ. קרדיט: TUM

בדיקת חוקי היקום במעבדה

“העבודה שלנו מראה כיצד מחשבים קוונטיים יכולים לעזור לנו לחקור את החוקים היסודיים שמנהלים את היקום,” אומר שותף-המחקר מיכאל קנאפּ, פרופסור לדינמיקה קוונטית קולקטיבית בבית-הספר למדעי הטבע של TUM. “על-ידי סימולציה של האינטראקציות האלה במעבדה נוכל לבחון תיאוריות בדרכים חדשות.”

פדרם רושאן, שותף למחקר מ-Google Quantum AI, מדגיש: “באמצעות כוחו של המעבד הקוונטי חקרנו את הדינמיקה של סוג מסוים של תיאוריית כיול, וצפינו כיצד חלקיקים ו‘מחרוזות’ בלתי-נראות המחברות ביניהם מתפתחים בזמן.”

טיילר קוקרן, המחבר הראשון ותלמיד מחקר בפרינסטון, אומר: “על-ידי כיוונון פרמטרים אפקטיביים במודל יכולנו לשלוט בתכונות המחרוזות. הן יכולות להתנודד בעוצמה, להיות כלואות בחוזקה, ואף להיקרע.” לדבריו, הנתונים מן המעבד הקוונטי חושפים התנהגויות מובהקות של מחרוזות כאלה, שלהן אנלוגים ישירים לפנומנות בפיזיקת אנרגיות-גבוהות. התוצאות מדגישות את הפוטנציאל של מחשבים קוונטיים לקדם גילוי מדעי בפיזיקה היסודית ומעבר לה.

למאמר המדעי

הפוסט מהם חוקי היקום? המחשב הקוונטי של גוגל מגלה הופיע לראשונה ב-Chiportal.

הממשלה הפדרלית בגרמניה הכריזה על תוכנית עתירת השקעות להקמת לפחות שלושה מפעלי שבבים חדשים, במטרה לבסס את המדינה כמרכז הייצור המוביל באירופה לטכנולוגיות מפתח כמו בינה מלאכותית ומחשוב קוונטי. התוכנית מופיעה באג'נדה הטכנולוגית החדשה של הממשלה, שתאושר במהלך יולי, ונחשפה לראשונה על ידי סוכנות הידיעות רויטרס.

המשרד הפדרלי למחקר מדעי, טכנולוגיה וחלל מסר כי ייושמו תמריצים שימשכו יצרנים להקים מפעלי שבבים, ציוד ומוצרי קדם-ייצור בתוך גרמניה. כבר עתה פועלת בדרזדן יוזמה גדולה של חברת ESMC – מיזם משותף של TSMC, אינפיניאון ובוש – להקמת מפעל מתקדם לייצור שבבים.

התוכנית כוללת גם הקמת גיגה-מפעלים (Gigafactories) לבינה מלאכותית, שיהיו פעילים עד 2027, וכן לוויין ראשון לתקשורת קוונטית שייפרס עוד השנה. גרמניה אף הכריזה על כוונתה להקים עד סוף 2025 תוכנית אסטרטגית לבניית כור היתוך גרעיני ניסיוני.

השרה הפדרלית דורוטי בר (CSU) מסרה כי המטרה היא לייצר עד 2030 לפחות 10% מהתוצר המקומי הגולמי של גרמניה באמצעות בינה מלאכותית, תוך הפיכת המדינה למובילה גם בתחום התעשייה הירוקה, אחסון סוללות וגיאו-תרמיה.

במקביל, מתוכננת רפורמה משמעותית במערך המחקר הלאומי, כולל שילוב בין מחקר אזרחי וצבאי, וחיזוק צי ספינות המחקר האוקיינוגרפיות של המדינה.

תגים: גרמניה, שבבים, בינה מלאכותית, TSMC, ייצור שבבים, מחשוב קוונטי, גיגה-מפעלים, טכנולוגיה ירוקה, דורוטי בר, חדשנות אירופית

ביטוי מפתח: גרמניה מובילה את תעשיית השבבים באירופה

נרדפים: מפעלי שבבים, אסטרטגיית הייטק, תעשייה מתקדמת, AI באירופה, ייצור מיקרו־שבבים, חדשנות גרמנית, כור היתוך, ESMC

SLUG: germany-semiconductor-expansion-ai-2030

הפוסט גרמניה מצהירה על יעד שאפתני: הפיכתה למובילה אירופית בייצור שבבים הופיע לראשונה ב-Chiportal.

תיקון שגיאות קוונטי מעבר לסף הקריטי

"אחד האתגרים המרכזיים במחשוב קוונטי הוא התמודדות עם שגיאות הנובעות מאינטראקציה בין הקיוביטים לסביבה החיצונית. בשבב ווילו הצליחה גוגל להפחית את שיעור השגיאות באופן אקספוננציאלי תוך הגדלת מספר הקיוביטים הפעילים במערכת." כך אומר ד"ר הארטמוט נווין, מייסד ומוביל Google Quantum AI בבלוג באתר החברה.

"באמצעות מערכים הולכים וגדלים של קיוביטים, החל ממערך של 3×3, דרך 5×5 ועד 7×7, הציגה המערכת ירידה משמעותית בשיעור השגיאות, עד לכדי מחצית בכל שלב. הישג זה, המכונה "מתחת לסף הקריטי", מהווה אבן דרך היסטורית בתחום תיקון השגיאות, ומוכיח כי ניתן להמשיך ולהקטין את שיעור השגיאות גם עם הגדלת כמות הקיוביטים. "תוצאה זו היא עדות לכך שמחשבים קוונטיים שימושיים ובקנה מידה רחב אכן אפשריים, ומקרבת אותנו ליישום אלגוריתמים פרקטיים בעלי ערך מסחרי.

חישוב של 10 ספטיליון שנים בפחות מחמש דקות

שבב ווילו הציג ביצועים חסרי תקדים במדד Random Circuit Sampling (RCS), הנחשב לאתגר הקשה ביותר לביצוע כיום על מחשב קוונטי. השבב הצליח להשלים חישוב תוך פחות מחמש דקות, חישוב שלמחשב-על המתקדם ביותר כיום יידרשו 10 ספטיליון שנים (1025 שנים) לביצועו.

נתון זה, החורג בהרבה מגילו של היקום, ממחיש את הפוטנציאל האדיר של מחשבים קוונטיים ומחזק את התפיסה הפיזיקלית לפיה חישובים קוונטיים מתבצעים במקביל במציאויות מרובות, בהתאם לתיאוריית היקומים המרובים.

עיצוב וייצור חדשני במתקן מתקדם

ווילו פותח ויוצר במתקן ייצור חדשני בסנטה ברברה, המתמחה בייצור שבבים קוונטיים. תהליך הייצור מתמקד בביצועים מערכתיים, תוך שימת דגש על אינטגרציה מיטבית של כל רכיבי השבב, לרבות שערים קוונטיים, איפוס קיוביטים וקריאת נתונים.

השבב כולל 105 קיוביטים מתקדמים בעלי ביצועים יוצאי דופן, עם שיפורים משמעותיים במדדי איכות כמו זמן T1, המודד את יכולת הקיוביטים לשמור על מצבם הקוונטי. נתוני T1 של ווילו עומדים על כ-100 מיקרו-שניות – שיפור של פי חמישה בהשוואה לדור הקודם של שבבים קוונטיים.

הפוסט ווילו: השבב הקוונטי בגודל 105 קיוביטים של Google Quantum AI הופיע לראשונה ב-Chiportal.

כבר קרוב ל-50 שנה שמחשבים הפכו להיות חלק מהותי מחיינו אך כעת עומדת להכנס לחיינו טכנולוגית מיחשוב חדשה אשר עשוי לשנות את העולם ביכולות ובביצועים שלא היו קיימים עד כה. מחשוב קוונטי הוא דור חדש של טכנולוגיה המשתמש בחומרת מחשבים ואלגוריתמים המנצלים את מכניקת הקוונטים כדי לפתור בעיות מורכבות שמחשבים קלאסיים אינם יכולים לפתור או שאינם יכולים לפתור מספיק מהר.

מחשבי הקוונטום של חברת יבמ מבוססים על חומרה קוונטית אמיתית ההופכת את הטכנולוגיה הקוונטית לזמינה למאות אלפי מפתחים. מאמר זה עוסק בטכנולוגיה הטרנספורמטיבית הזו וביתרונותיה לעולם עיבוד הנתונים.

מדוע אנחנו צריכים מחשבים קוונטיים?

כאשר מדענים ומהנדסים נתקלים בבעיות קשות, הם פונים למחשבי-על. מדובר במחשבים קלאסיים גדולים מאוד הכוללים לרוב אלפי ליבות מעבד ומעבדים גרפיים קלאסים( GPUs) המסוגלים להריץ חישובים גדולים מאוד ונעזרים גם בבינה מלאכותית מתקדמת. עם זאת, אפילו מחשבי-על הם מכונות מבוססות קוד בינארי הנשענות על טכנולוגיית הטרנזיסטורים של המאה העשרים. כאשר מדובר בעיבודים בדרגה גבוהה של מורכבות גם מחשבי העל נאבקים כדי להתמודד עם אותן בעיות חישוביות.

בעיות חישוביות מורכבות הן בעיות עם הרבה משתנים המקיימים אינטראקציה בדרכים מסובכות. למשל מודל התנהגות של אטומים בודדים במולקולה היא בעיה מורכבת, בגלל כל האלקטרונים השונים באינטראקציה זה עם זה. זיהוי דפוסים עדינים של הונאה בעסקאות פיננסיות אף הוא מורכב מאד. כלומר יש בעיות שאפילו המחשבים הקלאסים החזקים ביותר של ימנו אינם יודעים לפתור.

מדוע מחשבים קוונטיים מהירים יותר?

בואו נסתכל על דוגמה הממחישה כיצד מחשבים קוונטיים יכולים להצליח במקום שבו מחשבים קלאסיים נכשלים?

מחשב קלאסי עשוי להיות מצוין במשימות קשות כמו מיון מסד נתונים גדול של מולקולות. אבל הוא נאבק לפתור בעיות מורכבות יותר, כמו הדמיה של איך המולקולות האלה מתנהגות.

כיום, אם מדענים רוצים לדעת איך מולקולה תתנהג הם חייבים לסנתז אותה ולהתנסות איתה בעולם האמיתי. אם הם רוצים לדעת כיצד תיקון קל ישפיע על ההתנהגות שלה, הם צריכים לסנתז את הגרסה החדשה ולהפעיל את הניסוי שלהם מחדש. זהו תהליך יקר הגוזל זמן רב ומונע התקדמות בתחומים מגוונים כמו רפואה או תכנון שבבים מתקדמים המורכבים ממילארדי טרנזיסטורים המייצגים לפעמים מאות מליוני קישורים בינהם.אך לאף מחשב על קלאסי אין את זיכרון העבודה הדרוש כדי לטפל בכל התמורות האפשריות של התנהגות מולקולרית.

אלגוריתמים קוונטיים נוקטים בגישה חדשה לסוגים של בעיות מורכבות כאלה עי" יצירת מרחבי חישוב רבי-ממדיים המסוגלים לבצע הדמיה מולקולרית בכל הצורות האפשריות.

איך מחשבים קוונטיים עובדים?

מעבד IBM Quantum הוא שבב לא גדול בהרבה מזה הנמצא במחשבים ניידים. ומערכת חומרה קוונטית היא בערך בגודל של מכונית, המורכבת ברובה ממערכות קירור כדי לשמור על המעבד המוליך בטמפרטורת הפעולה הקרה במיוחד שלו.

מעבד קלאסי משתמש בביטים קלאסיים לביצוע פעולותיו. מחשב קוונטי משתמש בקיוביטים (CUE-bits) כדי להפעיל אלגוריתמים קוונטיים רב-ממדיים.

סביר להניח שלמחשב השולחני שלכם מספיק מאוורר רגיל כדי לקרר אותו ולאפשר לו לעבוד כראוי. המעבדים הקוונטיים צריכים להיות קרים מאוד – למען הדיוק כמאית המעלה מעל האפס המוחלט – כדי למנוע "דה-קוהרנטיות", או לשמור על המצבים הקוונטיים שלהם. כדי להשיג זאת, יש צורך להשתמש בנוזלי-על מקוררים במיוחד. בטמפרטורות נמוכות אלו חומרים מסוימים מציגים השפעה מכאנית קוונטית חשובה: אלקטרונים נעים דרכם ללא התנגדות. זה הופך אותם ל"מוליכים". כאשר אלקטרונים עוברים דרך מוליכים הם מתאימים זה לזה ויוצרים "זוגות קופר". זוגות אלה יכולים לשאת מטען על פני מחסומים, או מבודדים, באמצעות תהליך המכונה מינהור קוונטי. שני מוליכים הממוקמים משני צידיו של מבודד יוצרים צומת ג'וזפסון.

כיצד ניתן להפוך מחשבים קוונטיים לשימושיים?

נכון לעכשיו, מחשב הקוונטום של יבמ מוביל את העולם בחומרה ותוכנה למחשוב קוונטי. מפת הדרכים של יבמ כוללת תוכנית ברורה ומפורטת להרחבת מעבדים קוונטיים, במטרה להתגבר על בעיית קנה המידה ולבנות את החומרה הדרושה לנטרול רעשים ומחשוב קוונטי יעיל.

נושא הרעשים הוא קריטי במיוחד במחשוב קוונטי מכיוון שאפילו רעש סביבתי קל כמו רעידות, תנודות טמפרטורה או הפרעות אלקטרומגנטיות עלולות להכניס שגיאות בקיוביטים אשר ישבשו את  החישובים ויובילו לתוצאות לא מדויקות. ככל שלמערכת יש יותר קיוביטים, כך היא הופכת להיות רגישה יותר לרעש. לכן חלק גדול מהעבודה בתחום המחשוב הקוונטי מוקדשת כעת למניעת השפעת הרעשים במחשבים קוונטיים וליצוב התוצאות המתקבלות בהם.

הפוסט מהו מחשוב קוונטי? הופיע לראשונה ב-Chiportal.

אם תבדקו מי מוביל את פיתוח המיחשוב הקוונטי תתפלאו לגלות כי דווקא חברת יבמ שנראה כי נשארה קצת מאחור בעידן בו חברות הטכנולוגיה הנחשבות הן גוגל, אמזון ואפל היא זו שהחליטה להתמקד בתחום המיחשוב הקוונטי כבר לפני כמה וכמה שנים וכיום היא נחשבת לאחת מחברות המיחשוב הקוונטי המובילות בעולם. ואם יש מישהו שיודע מה בדיוק עושה יבמ בתחום הלא הוא ד"ר סקוט קראודר, CTO וסגן נשיא לתחום המיחשוב הקוונטי ביבמ.

מיד עם סיום לימודי הדוקטורט שלו באוניברסיטת סטנפורד בשנת 1995 הצטרף ד"ר קראודר למרכז המחקר והפיתוח של יבמ לתחום השבבים. בשנת 2003 התמנה לתפקיד מנהל פיתוח טכנולוגיות תהליכי 90 ננומטר ו45 ננומטר עבור יבמ וחברות שבבים מובילות אחרות בינהן סמסונג, אינפיניאון וצ'רטרד. בתפקידו הבא שימש ד"ר קראודר כסגן נשיא לפיתוח אסטרטגיה טכנית ועסקית חוצה חברות ליוזמות צמיחה תוך התמקדות בתחומים כגון Big Data & Analytics, ניהול נתונים בדור הבא, מחשוב קוגניטיבי, תשתיות מחשוב ענן ושירותי ענן.

כיום משמש ד"ר קראודר כמנהל הטכני הראשי (CTO) וסגן נשיא, לתחום מיחשוב קוונטי במטה יבמ בניו יורק. האחריות שלו כוללת הובלת המאמץ למסחור מחשבים קוונטיים, הובלת מהפך חשיבה תכנוני והאצת חדשנות בפיתוח באמצעות פרויקטים מיוחדים. כשנשאל לאחרונה מה המטרה המרכזית של יבמ בתחום המיחשוב הקוונטי ענה: המטרה העיקרית של תוכנית IBM Quantum היא להפוך את המיחשוב הקוונטי לזמין באופן נרחב כדי לעודד חדשנות ושימוש אבל יש לנו עוד הרבה עבודה לעשות לפני שנגשים את מטרתנו ליצור חומרת מיחשוב קוונטית, תוכנה ואלגוריתמים שיכולים לפתור בעיות בעולם האמיתי ושאינן ניתנות לביצוע בעזרת שיטות החישוב הקלאסי".

ד"ר סקוט קראודר יהיה אורח כנס ChipEx2021 וירצה בכנס (שיערך ב21 ביוני) על השפעת המיחשוב הקוונטי על הדור הבא של העולם הדיגיטלי. אל תחמיצו.

הפוסט עתיד המיחשוב הקוונטי והאורח המפתיע שמשתתף ב- ChipEx2021 הופיע לראשונה ב-Chiportal.