ענקית המחשוב IBM  מודיעה על כוונתה להשקיע 150 מיליארד דולר בארה"ב במהלך חמש השנים הקרובות. ההשקעה כוללת למעלה מ-30 מיליארד דולר שיוקצו למחקר ופיתוח, לטובת קידום והמשכיות הייצור האמריקאי של IBM בתחומי המחשוב הקוונטי.

"טכנולוגיה אינה רק בונה את העתיד- אלא היא זו המגדירה אותו" אומר ארווינד קרישנה, יו"ר, נשיא ומנכ"ל IBM. "מאז יום היוסדה לפני 114 שנים, אנו מתמקדים בשוק האמריקאי וביצירת מקומות עבודה. עם ההשקעה הכספית הנוספת הזו אנו מבטיחים ש-IBM תישאר שחקנית מרכזית בפיתוח יכולות המחשוב והבינה המלאכותית המתקדמות בעולם".

כיום, חברת IBM היא אחת מהמעסיקות הגדולות ביותר בתחום הטכנולוגיה בארה"ב ואחראית לשורת חידושים שכללו את מערכות עיבוד הנתונים שאפשרו את הפעלת מערכת הביטוח הלאומי האמריקאית, ומניעות עסקים בכל תחומי התעשייה השונים. גם כיום מיוצרים בעיר פוקיפסי במדינת ניו יורק, מחשבי המיינפריים המתקדמים, שהם עמוד השדרה הטכנולוגי של הכלכלה האמריקאית והעולמית. מעל 70% מהעסקאות בעולם לפי ערכן מתבצעות דרך מחשבי המיינפריים של IBM המיוצרים בארצות הברית.

בנוסף לכך, מפעילה IBM את צי מחשבי הקוונטים הגדול ביותר בעולם, והיא תמשיך לתכנן, לבנות ולהרכיב מחשבים קוונטיים בארצות הברית. מחשוב קוונטי נחשב לאחת המהפכות הטכנולוגיות וההזדמנויות הכלכליות הגדולות ביותר בעשורים האחרונים, והוא צפוי לפתור בעיות שמחשבים קלאסיים אינם מסוגלים להתמודד איתן. פתרונות אלו יסייעו לא רק להבנה עמוקה יותר של אופן פעולתו של העולם, אלא גם ישפיעו משמעותית על התחרותיות של ארצות הברית, שוק העבודה והביטחון הלאומי. רשת המחשבים הקוונטים של IBM מעניקה גישה למערכות הקוונטיות שלה לכמעט 300 חברות מתוך רשימת Fortune 500 וכן למוסדות אקדמיים, מעבדות לאומיות וסטארט-אפים, ומשמשת יותר מ-600,000 משתמשים פעילים.

הפוסט IBM תשקיע 150 מיליארד דולר במיחשוב קוונטי הופיע לראשונה ב-Chiportal.

חוקרים בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע"ש ויטרבי והפקולטה לפיזיקה מציגים בכתב העת Nature גילוי משמעותי שיתרום למזעור רכיבים למערכות קוונטיות. את המחקר הובילו הדוקטורנט עמית קם וד"ר שי צסס (כיום פוסט-דוקטורנט ב-MIT) מקבוצת המחקר של פרופ' גיא ברטל בשיתוף עם קבוצות המחקר של פרופ' מחקר מוטי שגב ופרופ' מאיר אורנשטיין. השתתפו בו ד"ר יגאל אילין, ד"ר קובי כהן, ליאור פרידמן וסתיו לוטן מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע"ש ויטרבי וד"ר יעקב לומר, ד"ר אנטולי (טוליק) פצוק וליאת נמירובסקי-לוי מהפקולטה לפיזיקה.

פיזיקת הקוונטים מובילה לעיתים לתחזיות מאוד לא שגרתיות. כך קרה הדבר כשאלברט איינשטיין ועמיתיו, בוריס פודולסקי ונתן רוזן (שלימים הקים את הפקולטה לפיזיקה בטכניון והיה פרופסור מחקר), מצאו תרחיש שבו ידיעת המצב של חלקיק אחד משפיעה באופן מיידי על מצבו של החלקיק האחר, ולא חשוב כמה גדול המרחק ביניהם. מאמרם ההיסטורי מ-1935 זכה בכינוי EPR על שם שלושת מחבריו(Einstein–Podolsky–Rosen) . הרעיון שידיעת מצבו של חלקיק אחד תשפיע על חלקיק אחר הנמצא במרחק עצום ממנו, וזאת בלי אינטראקציה פיזית ובלי העברת מידע, נראה לאיינשטיין מופרך, והוא כינה זאת "פעולה מוזרה ממרחק" (spooky action at a distance); אך עבודה פורצת דרך של חוקר נוסף מהטכניון, פרופ'-מחקר אשר פרס מהפקולטה לפיזיקה, הראתה כי אפשר להשתמש בתכונה זו כדי להעביר מידע בצורה נסתרת – טלפורטציה קוונטית, שהיא הבסיס לתקשורת קוונטית. תגלית זו הושגה על ידי פרופ' פרס עם עמיתיו צ'ארלס בנט וז'יל ברסארד. לימים  קיבלה התופעה את השם המדעי שזירות קוונטית (quantum entanglement), ועל מדידתה והשלכותיה, הכוללות את האפשרות למחשוב קוונטי ותקשורת קוונטית, הוענק פרס נובל בפיזיקה לשנת 2022 לפרופסורים אלן אספה ואנטון ציילינגר, שקיבלו בעבר תוארי דוקטור לשם כבוד מהטכניון, ולעמיתם פרופ' ג'ון קלאוזר. 

שזירות קוונטית הודגמה עד כה עבור מגוון רחב של חלקיקים ועבור תכונות שונות שלהם. עבור פוטונים, חלקיקי אור, שזירות יכולה להתקיים עבור כיוון ההתקדמות, התדר (צבע), או הכיוון אליו מצביע השדה החשמלי שלהם. היא יכולה להתקיים גם עבור תכונות שקשה יותר לדמיין, למשל – תנע זוויתי. תכונה זו מתחלקת לסחרור (spin), הקשור בפוטונים לסיבוב השדה החשמלי, ולמסילה (orbit), הקשורה לתנועה הסיבובית של הפוטון במרחב. דבר זה דומה באופן אינטואיטיבי לכדור הארץ, המסתובב סביב עצמו וגם מקיף את השמש במסלול מעגלי. קל לנו לדמיין את שתי תכונות הסיבוב הללו כגדלים נפרדים, ואכן, פוטונים המאוגדים באלומת אור רחבה בהרבה מאורך הגל שלהם הם באמת כאלה. ברם, כשמנסים להכניס פוטונים למבנים הקטנים מאורך הגל הפוטוני – שזהו המאמץ שבו עוסק תחום הננו-פוטוניקה – מגלים שאי אפשר להפריד בין תכונות הסיבוב השונות, והפוטון מאופיין על ידי גודל יחיד, התנע הזוויתי הכולל.

אז למה שנרצה בכלל להכניס פוטונים למבנים קטנים כל כך? לכך יש שתי סיבות עיקריות. האחת ברורה – זה יעזור לנו למזער התקנים שמשתמשים באור וכך לדחוס יותר פעולות לתא שטח קטן, בדומה למזעור של מעגלים אלקטרוניים. הסיבה הנוספת חשובה עוד יותר: מזעור זה מגביר את האינטראקציה בין הפוטון לחומר שדרכו הפוטון מתקדם (או נמצא בקרבתו), וכך מאפשר לייצר תופעות ושימושים שאינם אפשריים בפוטונים בממדים ה"רגילים" שלהם.

במחקר שפורסם בכתב העת Nature גילו חוקרי הטכניון שאפשר לשזור פוטונים במערכות ננומטריות שגודלן כאלפית השערה, אולם השזירה אינה מתבצעת על ידי התכונות המקובלות של הפוטון, כמו הסחרור או המסילה, אלא רק על ידי התנע הזוויתי הכולל.

חוקרי הטכניון חשפו את התהליך שעוברים פוטונים מהשלב שבו הם מוכנסים למערכת הננומטרית ועד שהם יוצאים למערכת המדידה, ומצאו שהמעבר הזה מעשיר את מרחב המצבים שהפוטונים יכולים לשהות בהם. בסדרת מדידות מיפו החוקרים את אותם מצבים, שזרו אותם באותה תכונה ייחודית למערכות הננומטריות ואיששו את ההתאמה בין זוגות פוטונים המעידה על שזירות קוונטית.

תגלית זו היא הגילוי הראשון של שזירות קוונטית חדשה מזה יותר מ-20 שנה, והיא עשויה להוביל בעתיד לפיתוח כלים חדשים לתכנון של רכיבי תקשורת ומחשוב קוונטיים מבוססי פוטונים, כמו גם למזעור משמעותי שלהם.

המחקר נתמך על ידי רשות החדשנות (תוכנית מגנ"ט), הקרן הלאומית למדע (ISF), המכון לננוטכנולוגיה ע"ש ראסל ברי בטכניון, המרכז למיקרו- וננו-אלקטרוניקה בטכניון (MNFU) ומרכז הקוונטום ע"ש הלן דילר.

למאמר ב- Nature  לחצו כאן

הפוסט חוקרים בטכניון גילו סוג חדש של שזירות קוונטית הופיע לראשונה ב-Chiportal.

בית הספר להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת תל אביב הודיע כי בשנת הלימודים הבאה, תשפ"ו, צפויה להיפתח מעבדת סטודנטים ראשונה מסוגה בישראל שתאפשר לסטודנטים להתנסות במחשב קוונטי כבר בתואר הראשון. המעבדה הינה פרי שיתוף פעולה של הפקולטה להנדסה והמרכז למדע וטכנולוגיה קוונטית, QuanTAU, באוניברסיטת תל אביב, ושל מרכז החישוב הקוונטי הישראלי, IQCC, הפועל בקמפוס האוניברסיטה. המיזם קיבל תמיכה כספית במסגרת הקול הקורא לעדכון ופיתוח קורסים ומקבצי קורסים בתחומי המדע והטכנולוגיה הקוונטים של הוועדה לתכנון ולתקצוב של המועצה להשכלה גבוהה (ות"ת). מטרת התמיכה הניתנת עבור פיתוח קורסים היא להרחיב ולקדם את ההכשרה לסטודנטים וחוקרים צעירים בנושאים אלו על מנת להכשיר כוח אדם מיומן למשק ולאקדמיה, ובפרט להרחיב את בסיס הסטודנטים הלומדים בתחום מחוץ למחלקות לפיסיקה גם אל מחלקות ההנדסה. 

ד"ר עופר כפיר מבית הספר להנדסת חשמל ומחשבים והמרכז האוניברסיטאי  ,QuanTAU   שיזם את המעבדה מסביר: "למחשבים קוונטים יש פוטנציאל לפתור בעיות שהמחשבים הקלאסיים אינם מסוגלים, ומכיוון שאלו בעיות חשובות כמו פיתוח תרופות ופיצוח צפנים, יש מרוץ עולמי להשיג יכולות חישוב קוונטי, ומימוש של טכנולוגיות קוונטיות באופן כללי. ביה"ס להנדסת חשמל ואוניברסיטת ת"א רואים חשיבות רבה בהכשרה של הסטודנטים בטכנולוגיה העילית העתידית, וזה מתיישב עם הרעב שיש אצל הסטודנטים להתפתחות בתחום הקוונטים".

בבית הספר להנדסת חשמל מציינים כי עד כה, התנסות פרקטית במחשוב קוונטי הייתה פתוחה רק בפני חוקרים וסטודנטים למתארים מתקדמים, אבל כעת סטודנטיות וסטודנטים באוניברסיטת תל אביב יוכלו להפעיל את המחשב הקוונטי כבר בתואר הראשון: מרמת כתיבת תוכנה עילית, ועד שליטה מפורטת באותות החשמליים של אבן הבניין הבסיסית שלו, הביט הקוונטי, או הקיוביט.

הקורס יכלול הכשרה בשפת התכנות המתאימה למחשב הקוונטי, מספר ניסויים בסיסיים בקיוביטים, ושני ניסויים בטכנולוגיות קוונטיות בתחומי תקשורת וחישה. פעילות המעבדה תחל כבר השנה, החל מאפריל 2025, בתור פיילוט כחלק מקורס "טכנולוגיות קוונטיות".  המעבדה מתוכננת להיות גמישה, כך שסטודנטים יוכלו להריץ ניסויים מעבר לדרישות המעבדה וכך לנצל את המשאבים הנדירים האלו כדי לבדוק, להתנסות, ולקבל רעיונות, באופן שלא קיים במקומות אחרים.

ד"ר עופר כפיר מוסיף: שילוב הכוחות של אוניברסיטת תל אביב עם המעבדה הלאומית לחישוב קוונטי שמפעילה חברת קוונטום משינס זה WINWIN קלאסי. הסטודנטים שלנו יקבלו הכשרה על קדמת הטכנולוגיה, ואילו צוות המעבדה ייהנה מהיצירתיות של הסטודנטים המעולים פה, ומהרצון שלהם ללמוד ולהתקדם. החזון הוא שהמעבדה החדשה, הממשק למרכז הקוונטים של האוניברסיטה, וכן המרכז למחשוב הקוונטי הארצי יאפשרו יצירת אקו-סיסטם של דור החוקרים, היזמים, והמהנדסים הבא שיצעיד את ישראל קדימה בתחרות העולמית. ואנחנו רוצים להודות לות"ת על הבעת האמון והתמיכה שמאפשרת את השקת המיזם החשוב".   

ד"ר ניר אלפסי, המעבדה הלאומית למחשוב קוונטי:  "המרכז הישראלי למחשוב קוונטי הוא מרכז ראשון מסוגו בעולם המשלב מספר טכנולוגיות קוונטיות בצמוד ליכולות מחשוב קלאסיות מתקדמות. היכולות הייחודיות שקיימות במרכז מאפשרות גישה קלה וישירה לטכנולוגיה הקוונטית המתקדמת ביותר באופן חסר תקדים, הכל בצורה אינטואיטיבית וקלה מאי פעם. המרכז, שהוקם על ידי חברת Quantum Machines במימון משותף עם רשות החדשנות, חרט על דגלו את קידום הטכנולוגיות הקוונטיות במדינת ישראל ומתן פלטפורמה להאצת המחקר והפיתוח של חברות וחוקרים ישראלים. כיום, אחד הפערים המשמעותיים ביותר בתחום המחשוב הקוונטי הוא כוח אדם מוכשר אשר יכול להניע קדימה את התחום. אנחנו מאמינים כי שיתוף הפעולה עם אוניברסיטת תל אביב בהכשרת הדור הבא של החוקרים והמפתחים הוא צעד ראשון בדרך לגישור על הפער הזה ומימוש חזון המרכז."

פרופ' ירון עוז, ראש המרכז למדע וטכנולוגיה קוונטית באוניברסיטת תל אביב: "המרוץ העולמי לבניית מחשבים קוונטיים, רשתות תקשורת קוונטיות ויישומים של מכניקת הקוונטים, הפך את הכשרת דור של מדענים ומהנדסים בתחומי המדע והטכנולוגיה הקוונטית לצורך לאומי. אוניברסיטת תל אביב משקיעה מאמצים ניכרים במענה לאתגר זה, וההתנסות המעשית במחשוב קוונטי היא נדבך חשוב בהכשרה זו. אני מעריך שבשנים הקרובות תתמקם מדינת ישראל היטב במפה העולמית של יישומים טכנולוגיים של מדע הקוונטים".

הפוסט התנסות יישומית במחשב קוונטי – כבר בתואר ראשון  הופיע לראשונה ב-Chiportal.

ענקית השבבים הטייוואנית TSMC הכריזה על כניסתה לתחום המיחשוב הקוונטי, במהלך שנועד לחזק את מעמדה כמובילה עולמית בייצור שבבים מתקדמים. במסגרת המהלך, החברה תשקיע משאבים נרחבים במחקר ופיתוח של שבבים קוונטיים ובשיתוף פעולה עם מוסדות מחקר ואקדמיה מובילים.

לפי הצהרת החברה, TSMC מתכוונת להקים מרכז מחקר ייעודי לטכנולוגיות קוונטיות ולגייס מהנדסים מומחים בתחום. החברה אף מתכננת להשקיע במעבדות מחקר חיצוניות, במטרה להאיץ את פיתוח השבבים הקוונטיים ולאפשר להם השתלבות חלקה במערכות קיימות.

"אנחנו רואים במיחשוב הקוונטי את העתיד של עולם הטכנולוגיה והחישוב," אמר מנכ"ל TSMC, צאי יינג-ג'יה. "המטרה שלנו היא להוביל את המהפכה הזו ולאפשר ללקוחותינו ליהנות מביצועים חסרי תקדים ויעילות גבוהה יותר."

האתגר המרכזי: ניהול רעשים ודיוק

TSMC הודיעה כי תשתף פעולה עם גופים בינלאומיים מובילים בתחום המיחשוב הקוונטי, כולל אוניברסיטאות אמריקניות ואירופיות, כמו גם חברות טכנולוגיה שמתמחות בפיתוח אלגוריתמים קוונטיים. המהלך נועד להבטיח גישה לטכנולוגיות מתקדמות ולמומחיות רחבה שתסייע בפתרון אתגרי המיחשוב הקוונטי.

אנליסטים מעריכים כי ההשקעה במיחשוב קוונטי תעניק ל-TSMC יתרון תחרותי משמעותי מול יריבותיה, במיוחד לנוכח ההשקעות המאסיביות של סין וארצות הברית בתחום. עם יכולות הייצור המתקדמות שלה, TSMC צפויה להוות שחקן מרכזי בפיתוח והפצת שבבי קוונטום בקנה מידה עולמי.

אחד האתגרים המרכזיים במיחשוב קוונטי הוא ניהול רעשים ושמירה על דיוק החישובים, נושא ש-TSMC מתכננת להתמודד איתו באמצעות פיתוח חומרים מתקדמים ושיטות ארכיטקטוניות חדשות לשבבים קוונטיים. החברה מתמקדת ביצירת שבבים בעלי צריכת אנרגיה נמוכה וביצועים גבוהים, שיתאימו גם ליישומים תעשייתיים וגם ליישומים צבאיים ובטחוניים.

TSMC שואפת להשיק אבטיפוס של שבב קוונטי ראשון עד שנת 2027, תוך שיפור מתמיד של טכנולוגיות ייצור השבבים הנוכחיות שלה. החברה אף בוחנת את האפשרות לשלב יכולות קוונטיות בשבבי AI מתקדמים, במטרה להאיץ יישומים כמו ניתוח נתונים בזמן אמת ופתרון בעיות חישוביות מורכבות.

הפוסט TSMC נכנסת לתחום המיחשוב הקוונטי הופיע לראשונה ב-Chiportal.

מיקרוסופט הכריזה על השקת Majorana 1, השבב הקוונטי הראשון בעולם המבוסס על ארכיטקטורת ליבה טופולוגית חדשה. השבב, אשר הינו תוצר של שילוב חומרים חדשני וטכניקות ננו-פביזיות מדויקות, מציב את מחשוב הקוונטים במסלול שיאפשר פתרון בעיות תעשייתיות רחבות היקף בתוך שנים, ולא עשורים כפי שחשבו בעבר.

חדשנות טכנולוגית ופריצת דרך במדעי החומרים

צ'טאן נאיאק שהוביל את הצוותים שפיתחו את הארכיטקטורה הטופולוגית לשבב החדש  הוא מומחה טכנולוגי בכיר במיקרוסופט (Microsoft Technical Fellow) ואחד מהאישים המרכזיים בתחום מחקר ופיתוח המחשוב הקוונטי. השבב, משתמש במה שנקרא טופוקונדוקטור – חומר שמאפשר לזהות ולשלוט בחלקיקי  Majorana,  אשר מייצבים ומגדילים את קנה המידה של הקיוביטים (יחידות המידע הקוונטי).

"חומר הטופוקונדוקטור, שהינו הליבה הטכנולוגית שמאפשרת את פעולת השבב הקוונטי החדש, מסמן הקדמות במדעי החומרים עם יכולות שלא נראו כמותן עד כה. מדובר בחומר המורכב מארסן אינדיום בשילוב עם אלומיניום, אשר מעובדים ברמת האטום הבודד בתהליך קפדני ביותר. "

"הטופוקונדוקטור תורם למיזוג של עולמות המוליכים למחצה ומצבי מוליך-על, מה שמוביל ליצירת מערכת שמסוגלת לתמוך בקיוביטים קטנים, מהירים ובעלי עמידות בפני רעשים חיצוניים. בנוסף, עיבוד החומר ברמת האטום מאפשר הקמת מבנה מודולרי בו ניתן לחבר יחידות 'H' – שכל אחת מהן מכילה ארבעה חלקיקי Majorana – ולהרחיב את המערכת עד למיליון קיוביטים, מה שמסמן את הדרך לפתרונות קוונטיים ברמת תעשייה. לדברי מיקרוסופט, החומר החדש, אם כן, אינו רק נדבך טכנולוגי בודד אלא יסוד מהפכני שמביא את מחשוב הקוונטים קרוב יותר למציאות מסחרית, ופותח אופקים חדשים בפתרון בעיות מדעיות, תעשייתיות וסביבתיות שעד כה נחשבו ללא אפשריים."

לדברי נאיאק, "אנחנו בעצם המצאנו את הטרנזיסטור לעידן הקוונטים" – והצליחו ליצור תשתית חומרים חדשה מבוססת על ארסן אינדיום ואלומיניום, שמיוצרת באומנות של בנייה אטומית מדויקת.

למה השבב צפוי להגיע מוקדם יותר מהצפוי?

מיקרוסופט טוענת שהשילוב של החומר החדש והארכיטקטורה הדיגיטלית המתקדמת מאפשר לשלוט על הקיוביטים בצורה פשוטה ומהירה יותר:

• בקרת מדידה דיגיטלית: במקום להסתמך על כיוונונים אנלוגיים עדינים לכל קיוביט, מערכת המדידה החדשה מאפשרת הפעלה באמצעות פולסי מתח, מה שמפשט את התהליך ומאפשר מדידות מדויקות ביותר.
• עיצוב מודולרי: מבנה השבב מאפשר "טילוס" של יחידות H (הן תאים עם ארבעה חלקיקי Majorana הניתנים לשליטה), כך שכל יחידה הופכת לקיוביט עצמאי שניתן לחברם בצורה שמאפשרת הגדלת הקנה מבלי לסבך את המערכת.
• חוסן מול טעויות: הארכיטקטורה הטופולוגית מספקת הגנה טבועה ברמת החומרה, מה שמבטיח יציבות גבוהה יותר לעומת טכנולוגיות קודמות.

תודות לפריצות דרך אלו, מיקרוסופט מאמינה כי ניתן להגיע ליעד של מיליון קיוביטים – סף הכרחי לפתרון בעיות מדעיות, תעשייתיות וסביבתיות מורכבות – בתוך שנים הקרובות ולא עשורים.

שימושים עתידיים והשפעות תעשייתיות

השבב מציב פוטנציאל מהפכני במספר תחומים:

• מדע החומרים: יכול לסייע בפיתוח חומרים "מתקנים את עצמם", אשר יוכלו לתקן סדקים בחלונות, בגשרים ובמבנים תעשייתיים.
• כימיה ירוקה וסביבתית: בעזרת מחשוב קוונטי, ניתן יהיה לעצב קטליזטורים חדשים שמפרקים פלסטיקים מזהמים ומייצרים תוצרים בלתי מזיקים – מהלך שיכול לתרום משמעותית למאבק בזיהום ובפחמן.
• בריאות וחקלאות: חישוב קוונטי מדויק יאפשר ניתוחים מעמיקים של אנזימים וביולוגיה מולקולרית, מה שיכול להוביל לשיפור יבולים והגברת פוריות הקרקע, ואף לתגליות תרופתיות חדשות.
• עיצוב תעשייתי: עם שילוב כלי בינה מלאכותית, מהנדסים ומדענים יוכלו "לעצב נכון מהפעם הראשונה" – להכניס לתהליך העיצוב תובנות שמגיעות מחישובים קוונטיים מדויקים, ובכך לחסוך זמן ומשאבים.

שיתופי פעולה והתקדמות בתהליכי פיתוח

מיקרוסופט מציגה את Majorana 1 גם כצעד אסטרטגי במסלול שלה לעבר מחשוב קוונטי מסחרי. החברה נמצאת בשיתוף פעולה עם Quantinuum ו-Atom Computing, ובכך מקבלת גם תמיכה ממוקדת ממסגרות מחקריות כמו תכנית US2QC של DARPA, אשר שמה לה למטרה להאיץ את פיתוח מערכות קוונטיות ברמת תעשייה.

הפוסט מיקרוסופט הכריזה על שבב קוונטי: "אנחנו בעצם המצאנו את הטרנזיסטור לעידן הקוונטים" הופיע לראשונה ב-Chiportal.

התעשייה האווירית, האוניברסיטה העברית, רשות החדשנות ו"יישום- החברה לפיתוח המחקר של האוניברסיטה העברית" מודיעות על הפעלתו של המחשב הקוונטי הראשון תוצרת כחול לבן בטכנולוגיית על מוליך. המחשב הקוונטי פותח בהובלת המאגד של רשות החדשנות  ובשיתוף פעולה אסטרטגי בין התעשייה האווירית, האוניברסיטה העברית וחברת יישום. שיתוף הפעולה כולל הקמת תשתית של מחשב קוונטי מבוסס טכנולוגיה על-מוליכה, יחד עם סביבת פיתוח ואינטגרציה. פיתוחים אלו מהווים בסיס ידע אסטרטגי עבור מדינת ישראל ומתאימים ליישומים ביטחוניים ואזרחיים.

המרוץ ל-'עליונות קוונטית' צבר בשנים האחרונות תאוצה, וזאת לנוכח פריצות דרך חדשות בתחום. כעת, מעצמות רבות וביניהן מדינת ישראל, עומלות על בנית תשתיות ופיתוח מחשבים קוונטיים – כאלו שישנו מקצה-לקצה את עולמות המחשוב בתחומי הצבא, תעשייה, מחקר ופיתוח ועוד. בשנים האחרונות השקיעה התעשייה האווירית מאמצים כבירים להגדלת הפעילות הקוונטית שלה, וכעת נחשבת החברה לכוח בולט ומשמעותי עם השקת המחשב הקוונטי הראשון מתוצרת כחול-לבן. 

מעבדת מחשוב קוונטי של חברת QHIPU QUANTUM   תרכז יכולת תכנון, סימולציה ,אינטגרציה והתאמת אפליקציות יישומיות של מחשב קוונטי בטכנולוגית על מוליך. הפעילות מתבצעת תוך שת"פ עם חברות ומכוני מחקר בארץ ובעולם.

שיתוף הפעולה בין הממשלה, האקדמיה והמגזר העסקי מהווה יתרון אל מול החברות הזרות המתחרות בתחום, ויסייע במיצובה של ישראל כמובילה עולמית במחשוב קוונטי.

ישי פרנקל, מנכ"ל האוניברסיטה העברית מציין כי: "צוות החוקרים שעובד על הפרויקט העתידני הזה הוא מהמובילים באוניברסיטה העברית. אין לי ספק ששיתוף הפעולה בין הגורמים בפרויקט מביא לשולחן רב-תחומיות ברוכה ויביא לתוצאות חשובות עבור המחקר בתחום וחיזוק מעמדה המדעי והטכנולוגי של מדינת ישראל. עם כניסתה של האוניברסיטה העברית לשנת ה- 100 להיווסדה, סמיכות האירועים מעוררת השראה: מהקמת המכון המחקרי המדעי הראשון בארץ ישראל בשנת 1925 בקמפוס הר הצופים בירושלים ועד להשקת המחשב הקוונטי הכחול לבן הראשון".

בועז לוי, מנכ"ל התעשייה האווירית: ״טכנולוגיות הקוונטים עתידות לשדרג מהותית את היכולות האנושיות במגוון עולמות רחב, והתעשייה האווירית מובילה בגאווה את מדינת ישראל בדרכה להיות מעצמה עולמית בתחום זה. בשנים האחרונות פיתחה התעשייה האווירית מיזמים בתחומי הרובוטיקה, האוטונומיה, הסייבר והבינה המלאכותית ששולבו בקווים העסקיים של החברה, חלקם בשיתוף פעולה עם חברות הזנק ועם האקדמיה. המפתח לשמירה על כוחן של התעשיות הביטחוניות בישראל, טמון, בין היתר, בשיתופי פעולה בין האקדמיה לחברות הזנק ולתעשייה, וכן עם גופי ממשל. את הטכנולוגיה לומדים באקדמיה ומיישמים בתעשייה – וזהו מכפיל כח עבור עם ישראל. כדי לנצח במערכה העתידית, זקוקה מדינת ישראל לטכנולוגיה מתקדמת; זהו המצפן שלנו כתעשייה ביטחונית ישראלית מובילה, להקדים תמיד את האויב, לצפות כל העת כמה צעדים לפניו, ולפתח את המענה לאיום – עוד לפני שיכולת האיום הזה קיימת אצלו".

דרור בין, מנכ״ל רשות החדשנות: ״למרות שלמחשוב הקוונטי יש עוד דרך עד להבשלה הוא טומן בחובו פוטנציאל טכנולוגי אדיר לשדרג את עוצמת המחשוב העומדת לרשות האנושות ולהאיץ תהליכי מחקר ופיתוח באופן שטרם נראה כמותו. עוצמה זו תשפיע בצורה דרמטית על המדע ועל תעשיית ההייטק העולמית. ישראל, כהאב חדשנות גלובלי, חייבת גם היא להיות בחזית הטכנולוגית הזו והשקת המחשב הקוונטי הישראלי הראשון, היום, מהווה אבן דרך חשובה במאמץ זה. המחשב הקוונטי הישראלי הראשון אינו יוזמה בודדת אלא חלק מאסטרטגיה רחבה שאנו מובילים ברשות החדשנות לקידום טכנולוגיות פורצות דרך במגוון תחומים. במסגרת זו, הושקה מוקדם יותר השנה מעבדת המו”פ למחשוב קוונטי בתל אביב, המהווה נדבך מרכזי בתשתיות המחקר והפיתוח של ישראל בתחום זה. פעילות זו הינה חלק מהתכנית הלאומית למחשוב קוונטי וביחד עם השקעות אחרות מטרתה לשמור על המובילות הטכנולוגית של ישראל בכדי לשמר את התחרותיות שלה בתעשיית ההייטק הגלובלית ולהביא לצמיחה כלכלית מתמשכת״.

***

בתמונות:

1. אירוע השקת המחשב הקוונטי באוניברסיטה העברית

(קרדיט: התעשייה האווירית)

הפוסט המחשב הקוונטי הראשון תוצרת ישראל בטכנולוגיית על מוליך החל לפעול הופיע לראשונה ב-Chiportal.

חברת קוורה קומפיוטינג (QuEra Computing) הודיעה על השקעה אסטרטגית משמעותית מגוגל Quantum AI במטרה להאיץ את פיתוח מחשבי הקוונטי מבוססי טכנולוגיית אטומים נייטרליים. החברה, הממוקמת בבוסטון, פועלת על פיתוח מחשבים קוונטיים בקנה מידה גדול המסוגלים לתקן שגיאות ולספק ביצועים אמינים ומשופרים. ההשקעה נועדה לחזק את מעמדה של קוורה כמובילה בטכנולוגיה זו, ולהדגיש את השיתוף הפעולה שלה עם מעבדות מחקר מהרווארד ו-MIT.

בראיון ל-CHIPORTAL מסביר יובל בוגר, הCCO  (מנהל מסחרי ראשי) של קווארה ובעבר סמנכ"ל השיווק של קלאסיק: "הדרך בה אנחנו ניגשים לבניית מחשב קוונטי שונה מהשיטות המסורתיות. בעוד חלק מהחברות משתמשות במוליכים מקוררים, אצלנו כל קיוביט מיוצג על ידי אטום נייטרלי, אשר מוחזק באמצעות קרן לייזר קטנה. כך, כל אטום יכול להתקרב או להתרחק מאטומים אחרים לצורך אינטראקציה וביצוע חישובים מורכבים. מדובר בטכנולוגיה מתקדמת שמאפשרת לנו לייצר קיוביטים ברמת דיוק גבוהה מאוד," מסביר בוגר.

כיום, קוורה מפעילה את מחשב הקוונטי שלה, הכולל 256 קיוביטים, בענן של אמזון והשבוע גם הוכרז כי מכרה שני מחשבים כאלה בשווי 50 מיליון דולר ליפן ובריטניה. "השאיפה היא להתקדם לדורות הבאים של מחשבים שיכללו מנגנוני תיקון שגיאות מתקדמים. "זו אחת הבעיות הגדולות ביותר של המחשוב הקוונטי כיום," מציין בוגר. "אנחנו משקיעים משאבים עצומים בפיתוח טכנולוגיות שיאפשרו לנו לזהות ולתקן שגיאות בזמן אמת, מה שיגביר את האמינות של המחשב ויאפשר לנו ליישם אותו במגוון רחב של תחומים."

"ההשקעה של גוגל Quantum AI היא רק חלק ממהלך רחב של קוורה להרחבת נוכחותה בתחום.

בוגר הוסיף כי החברה מונה היום כשבעים איש בתוכם כמה וכמה ישראלים. יש לנו "לקוחות ושיתופי פעולה בכל העולם. בישראל יש לנו שיתוף פעולה עם חברת קלאסיק שמשלבת את המחשב שלנו בפלטפורמה שלהם. אנחנו גם משתפים פעולה עם קוואנטום מאשינס בישראל אנחנו מספקים ביחד שבב שייכנס לתוך מחשבים קוונטיים."

בוגר ציין שהחברה, המעסיקה כיום כ-70 עובדים, נולדה מתוך מחקרים פורצי דרך באוניברסיטאות הרווארד ו-MIT, וכי היא שואפת להיות "הבחירה הטבעית לכל מי שמחפש פתרונות מחשוב קוונטי אמינים ומתקדמים." עוד הוסיף כי הוא עצמו התאהב בתחום בשל הקשר העמוק בין תחום הפיזיקה בו למד ביחד עם תחום השיווק במכון קלוג באוניברסיטת נורת'ווסטרן לבין השפעתו על טכנולוגיות פורצות דרך בשוק. בין היתר הוא זוקף את ההשקעה של גוגל למאמרים פורצי דרך שפרסמו מדעני החברה בעיתנות המדעית

הפוסט QuEra Computing קיבלה השקעה מגוגל לפיתוח מחשבים קוונטיים בטכנולוגיית אטומים נייטרליים הופיע לראשונה ב-Chiportal.

• זרמים בעלי קיטוב ספין יכולים לשמש גם לשליטה במצבי קוונטום של ספינים אלקטרוניים בודדים. תוצאות המחקר, שפורסמו בכתב העת המדעי Science, עשויות לשמש בטכנולוגיות שונות בעתיד, למשל בשליטה על מצבי קוונטום של קיוביטים מגנטיים

חוקרים מהמכון הטכנולוגי של ציריך (ETH Zurich) בראשותו של פייטרו גמברדלה פיתחו שיטה לשליטה במצבי קוונטום של ספינים אלקטרוניים בודדים באמצעות זרמים בעלי קיטוב ספין. שיטה זו עשויה לשפר את הטכנולוגיות בתחום המחשוב הקוונטי. הטכניקה החדשה מציעה שליטה מדויקת וממוקדת יותר בהשוואה לשיטות מסורתיות המשתמשות בשדות אלקטרומגנטיים, מה שעשוי לשפר את היכולת לשלוט במצבים קוונטיים במכשירים כמו קיוביטים.

אלקטרונים מחזיקים בתנע זוויתי פנימי הנקרא ספין, המאפשר להם להתיישר עם שדה מגנטי, בדומה לפעולת מחט מצפן. בנוסף למטען החשמלי שלהם, הספין של האלקטרונים משמש כיום יותר ויותר לאחסון ולעיבוד נתונים.

כבר כיום ניתן לרכוש רכיבי זיכרון MRAM (זיכרון גישה אקראית מגנטי), שבהם המידע מאוחסן במגנטים קטנים מאוד אך עדיין קלאסיים, המכילים ספינים של אלקטרונים רבים. ה-MRAM מבוסס על זרמים של אלקטרונים עם ספינים מקבילים היכולים לשנות את המגנטיזציה בנקודה מסוימת בחומר.

פייטרו גמברדלה ועמיתיו מהמכון הטכנולוגי של ציריך הראו כי זרמים בעלי קיטוב ספין יכולים לשמש גם לשליטה במצבי קוונטום של ספינים אלקטרוניים בודדים. תוצאות המחקר, שפורסמו בכתב העת המדעי Science, עשויות לשמש בטכנולוגיות שונות בעתיד, למשל בשליטה על מצבי קוונטום של קיוביטים מגנטיים.

זרמים במנהור במולקולות בודדות

“באופן מסורתי, מניפולציה על ספינים אלקטרוניים מתבצעת באמצעות שדות אלקטרומגנטיים כמו גלי רדיו או מיקרוגלים,” אומר ד”ר סבסטיאן סטפנוב, מדען בכיר במעבדתו של גמברדלה. טכניקה זו, הידועה גם בשם תהודת פאראמגנטית אלקטרונית, פותחה כבר באמצע שנות ה-40 של המאה ה-20 ומשמשת בתחומים שונים כגון חקר חומרים, כימיה וביופיזיקה. “לפני מספר שנים, הוכח שניתן להשרות תהודת פאראמגנטית אלקטרונית באטומים בודדים; אולם, עד כה המנגנון המדויק לכך לא היה ברור,” מוסיף סטפנוב.

כדי לחקור את התהליכים הקוונטיים מאחורי מנגנון זה, הכינו החוקרים מולקולות פנטסן (הידרוקרבון ארומטי) על מצע כסף. שכבת בידוד דקה של תחמוצת מגנזיום הונחה על המצע. שכבה זו מבטיחה שהאלקטרונים במולקולה יתנהגו יותר או פחות כפי שהם היו עושים בחלל חופשי.

באמצעות מיקרוסקופ מנהור סורק, החוקרים אפיינו תחילה את ענני האלקטרונים במולקולה. הדבר כרוך במדידת הזרם שנוצר כאשר האלקטרונים מנהרים באופן קוונטי מהקצה של מחט טונגסטן אל המולקולה. לפי חוקי הפיזיקה הקלאסית, האלקטרונים לא אמורים להיות מסוגלים לדלג על הפער בין קצה המחט למולקולה בגלל חוסר באנרגיה הדרושה. עם זאת, מכניקת הקוונטים מאפשרת לאלקטרונים “לנהר” דרך הפער למרות חוסר האנרגיה, מה שמוביל לזרם מדיד.

מגנט מיניאטורי בקצה המחט

ניתן לקוטב את זרם המנהור באמצעות מחט הטונגסטן להרים מספר אטומי ברזל הנמצאים גם הם על שכבת הבידוד. על קצה המחט, אטומי הברזל יוצרים סוג של מגנט מיניאטורי. כאשר זרם מנהור זורם דרך מגנט זה, הספינים של האלקטרונים בזרם מתיישרים באופן מקביל למגנטיזציה שלו.

כעת, החוקרים הפעילו מתח קבוע וגם מתח מתנודד במהירות על קצה הטונגסטן הממוגנט, ומדדו את זרם המנהור שנוצר. על ידי שינוי עוצמת המתח ושינוי תדירות המתח המתנודד, הם הצליחו לצפות בתהודות אופייניות בזרם המנהור. צורתן המדויקת של תהודות אלו אפשרה להם להסיק מסקנות על התהליכים שהתרחשו בין האלקטרונים המנהרים לבין אלו של המולקולה.

שליטה ישירה בספין על ידי זרמים מקוטבים

מהנתונים, סטפנוב ועמיתיו הצליחו לגלות שני ממצאים. ראשית, ספיני האלקטרונים במולקולת הפנטסן הגיבו לשדה האלקטרומגנטי שנוצר על ידי המתח המתנודד באופן דומה לתהודת פאראמגנטית אלקטרונית רגילה. שנית, צורת התהודות הצביעה על כך שהיה תהליך נוסף שהשפיע על ספיני האלקטרונים במולקולה.

“תהליך זה הוא מה שנקרא ‘מומנט העברת ספין’, ולמולקולת הפנטסן ישנה מערכת מודל אידיאלית לכך,” אומר הדוקטורנט סטפאן קובאריק. מומנט העברת ספין הוא אפקט שבו הספין של המולקולה משתנה תחת השפעת זרם מקוטב ספין ללא פעולה ישירה של שדה אלקטרומגנטי. החוקרים מהמכון הטכנולוגי של ציריך הדגימו כי ניתן גם ליצור מצבי סופרפוזיציה קוונטיים של ספין מולקולרי בדרך זו. מצבי סופרפוזיציה כאלו משמשים, למשל, בטכנולוגיות קוונטיות.

“שליטה בספין על ידי זרמים מקוטבים ספין ברמה הקוונטית פותחת אפשרויות יישום שונות,” אומר קובאריק. בניגוד לשדות אלקטרומגנטיים, זרמים מקוטבים ספין פועלים באופן מקומי מאוד ויכולים להיות מכוונים בדיוק של פחות מננומטר. זרמים כאלה יכולים לשמש לכתובת רכיבי מעגלים אלקטרוניים במכשירים קוונטיים בדיוק רב וכך לשלוט במצבי הקוונטום של קיוביטים מגנטיים.

הפוסט מדענים פיתחו שיטה חדשה לשליטה במצבי קוונטום בעזרת קיוביטים מגנטיים הופיע לראשונה ב-Chiportal.

מדוע ההשקעות המשמעותיות במחשוב קוונטי בעשורים האחרונים טרם הניבו תוצאות מסחריות? עודד מלמד, מנכ"ל חברת Quantum Source, התייחס לשאלה זו וטען כי הבעיה המרכזית נעוצה בגודל המחשבים הקוונטיים (מספר הקיוביטים), ברעש ובשגיאות המערכת. לדבריו, עד שסוגיה זו לא תיפתר, השימוש במחשבים קוונטיים יהיה מצומצם מאד. מלמד הציג את עמדתו במהלך כנס הסיליקון קלאב שהתקיים ב-1 ביולי 2024 במטה IBM בפתח תקווה.

מלמד פתח בתיאור הקמת החברה: "לאחר מכירת אלטייר סמיקונדוקטור ב-2016, נותרתי בסוני עד 2020. בשנת 2021, קבוצת עמיתים מתעשיית המוליכים למחצה ופרופסור ממכון ויצמן הציגו בפניי טכנולוגיה חדשנית. הרעיון נשמע דמיוני ובלתי אפשרי למימוש לכאורה."

"לאחר כחצי שנה של בחינה, השתכנעתי כי יש קיימת ייתכנות למימוש פורץ דרך, והחלטנו להתקדם עם המיזם ולגייס עבורו הון ראשוני. כעת אציג בפניכם את Quantum Source ואת פעילותה."

סקירת טכנולוגיות המיחשוב הקוונטי

בהתייחסו להיבט הטכנולוגי, מלמד ביקש להבהיר את ההבדלים בין הטכנולוגיות השונות המתמודדות עם אתגרים מורכבים ולתאר את הטכנולוגיה של Quantum Source, אשר לדעתו בעלת פוטנציאל משמעותי לחולל שינוי.

"השאלה המתבקשת היא מדוע ההשקעות העצומות, המוערכות במיליארדי דולרים רבים, שהושקעו בפיתוח מחשבים קוונטיים בעשור האחרונים, טרם הניבו תוצאות מסחריות משמעותיות?" שאל מלמד. לטענתו: "טרם פותחו מחשבים בעלי יכולת לפתור בעיות בעלות ערך מסחרי משמעותי. המחשבים הקיימים כיום מספקים את צורכי המעבדות והמחקר בתחום, אך עדיין אינם חזקים מספיק על מנת שיוכלו להתמודד עם האתגרים המורכבים שהמחשוב הקוונטי מבטיח לפתור, אתגרים אשר אינם ניתנים לפתרון באמצעות מחשבים קונבנציונליים, אפילו החזקים ביותר."

דרישות למחשב קוונטי בעל ערך מסחרי:

מחשבים כאלה נדרשים להיות בקנה מידה גדול, כלומר להכיל מיליוני קיוביטים. הסיבה שמחשבים אלה נדרשים להיות בעלי מיליוני קיוביטים היא הצורך בתיקון שגיאות. על מנת שנוכל להפעיל אלגוריתמים בעלי ערך מסחרי משמעותי, שיעור השגיאות של הקיוביטים צריך להיות נמוך מ 10^-15

בהתייחס לפרוטוקולי תיקון השגיאות הנוכחיים, היחס בין מספר הקיוביטים הפיזיים הנדרשים לקידוד קיוביט לוגי אחד בעל שגיאה נמוכה מ 10^-15 נע בין 1,000 ל-10,000. לדוגמה, כדי להיות מסוגלים לשבור הצפנת RSA, נדרשים כ-6,000 קיוביטים לוגיים באיכות זו – צורך זה מתורגם למיליוני קיוביטים פיזיים.

ישנם מספר טכנולוגיות מובילות המשמשות לפיתוח מחשבים קוונטים כגון: מוליכי על, יונים לכודים או אטומים קרים. טכנולוגיות אלה מבוססות על קיוביטים המבוססים על חומר, קיוביטים שיחסית קל ליצרם. מחשבים קטנים בעלי מאות קיוביטים פיזיים המבוססים על טכנולוגיות אלו קיימים. האתגר המרכזי שטרם נמצא לו פתרון הוא כיצד ניתן יהיה להגדיל את המערכות האלה למאות אלפי ואף למיליוני קיוביטים פיזיים״, הסביר מלמד.

קיוביטים פוטוניים

"בשנת 2016, חברות כגון PsiQuantum ו-Xanadu הוקמו במטרה לפתח מחשב קוונטי המבוסס על קיוביטים פוטוניים. הארכיטקטורות שלהן מאפשרות תמיכה במערכות בעלות מיליוני קיוביטים, אך אבן הבניין הבסיסית מורכבת מאוד לייצור. אבן הבניין הבסיסית במחשב קוונטי פוטוני, הם קלאסטרים קטנים, בעלי 10-20 פוטונים שזורים. קלאסטרים אלה משולבים ליצירת מערך קיוביטים גדול שהוא הבסיס לחישוב הקוונטי ולתיקון השגיאות. הטכנולוגיה הקיימת היום מממשת את הקלאסטרים האלה בתהליכים סטטיסטיים בעלי הסתברות נמוכה מאד להצלחה. כל קיוביט בקלאסטר הוא תוצר של מיליוני ניסיונות!

ב-Quantum Source אנו ומפתחים טכנולוגיה שתאפשר מימוש יעיל של אותה אבן בניין בסיסית. הפתרון שלנו משלב בין קיוביטים פוטוניים ואטומיים. הקיוביטים פוטוניים מאפשרים את הסקיילביליות שכן אלה אינם רגישים להפרעות, בעוד שהקיוביטים אטומיים מספקים את היתרון של שזירה קוונטית וקישוריות יעילה. השילוב הזה מאפשר שיפור של כ 4 סדרי גודל בתהליך ייצור אותה אבן בניין קריטית. אבן בניין זו היא מעל 95 אחוז מ bill-of-material של מחשב קוונטי פוטוני" הסביר מלמד.

PsiQuantum הכריזה זה מכבר כי בשנת 2027 תציג את המחשב הקוונטי השימושי הראשון, מחשב בעל מיליון קיוביטים פוטונים, ובעל יכולת תיקון שגיאות (fault-tolerant).

החברה שגייסה עד כה מעל 700 מיליון דולר, הכריזה לאחרונה על הסכם עם ממשלת אוסטרליה בהיקף של כ 600 מיליון דולר לבניית מחשב זה ביבשת.  

הפתרון של Quantum Source

"אנו מיישמים טכנולוגיה המכונה ל Cavity-QED או Cavity Quantum Electrodynamics. תחום זה בפיזיקה מאפשר לנו ליצור אינטראקציה דטרמיניסטית בין פוטונים לאטומים. פוטונים הם יחידות אנרגיה קטנות מאד, ואטומים הם כמו אנטנות זעירות. על מנת לאפשר אינטראקציה ביניהם אנו מצמדים את האטומים למהודים קטנים הממומשים על גבי שבב.  צימוד זה מאפשר את הגדלת השדה של הפוטון לפרק זמן מספיק שמאפשר אינטראקציה של הפוטון עם האטום. טכנולוגיה זו מאפשרת לנו לייצר קיוביטים פוטוניים באופן דטרמיניסטי, כמו גם לייצר אינטראקציה דטרמיניסטית בין פוטונים, ולבנות קלאסטרים פוטונים."

"ליבת המערכת שלנו היא שבב סיליקון פוטוני הממוקם בתוך תא ואקום. בתא הוואקום אנו מקררים אטומי רובידיום לטמפרטורה הקרובה לאפס המוחלט תוך שימוש בטכניקה של קירור לייזר. אטומי הרובידיום ״מוסעים״ לכיוון השבב, ושם נלכדים במלכודות הממוקמות בסמוך למהודים. שיטה זו מאפשרת ייצור קלאסטרים פוטוניים ביעילות הגבוהה בארבעה סדרי גודל בהשוואה לשיטות הסטטיסטיות המקובלות. בנוסף, מאחר שהטכנולוגיה שלנו אינה דורשת קירור קריאוגני ועובדת בטמפרטורת החדר, עלות התשתית קטנה באופן משמעותי״.  

Quantum Source נוסדה בסוף שנת 2021 על ידי עודד מלמד, המכהן כמנכ"ל; גיל סמו, סמנכ"ל המחקר והפיתוח; פרופסור ברק דיין, המדען הראשי; ודן חרש, יושב ראש החברה. החברה גייסה 27 מיליון דולר מקרנות הון סיכון אמריקאיות וישראליות. כיום מעסיקה החברה 44 עובדים, רובם בעלי תארים מתקדמים בפיזיקה והנדסה, ואף נעזרת בשישה פרופסורים מובילים בתחומם.

"אנו מאמינים כי בגישה הפוטונית למחשוב קוונטי, ומעריכים כי זוהי השיטה בעלת הסיכוי הטוב ביותר להציג מחשב קוונטי שימושי ועמיד בפני שגיאות במהלך העשור הנוכחי. אנו סבורים כי הגישה שאנו מפתחים עשויה להפחית באופן דרמטי את גודלו של המחשב הקוונטי, לפשט את המורכבות הכרוכה בהפעלתו, ולהקטין את העלויות הכרוכות בבנייתו. במקום מתקן בגודל של מגרש כדורגל, נוכל להתקין את המחשב בחדר שרתים סטנדרטי", סיכם מלמד.

הפוסט מדוע ההשקעות המשמעותיות במחשוב קוונטי בעשורים האחרונים טרם הניבו תוצאות מסחריות? הופיע לראשונה ב-Chiportal.

"המיחשוב הקוונטי לא יקרה מחר. הוא קורה כבר היום". כך אמרה פרופ' דורית אהרונוב, ממייסדי קדמה פתרונות קוונטיים ומרצה באוניברסיטה העברית במסגרת פאנל במפגש פורום הסיליקון קלאב שהתקיים השבוע ועסק במיחשוב הקוונטי. המפגש התקיים בבית IBM בפתח תקווה בארגון חברת ASG. את הפאנל הנחה שלמה גרדמן מנכ"ל ASG והשתתפו בו גם אבי ויזל, שגריר מיחשוב קוונטי ביבמ ישראל וסרן אברהם ברבי, קצין מיחשוב קוונטי במפא"ת.

הטכנולוגיה הקוונטית נמצאת בתחילת דרכה ויש לה פוטנציאל עצום לשינוי תחומים רבים. ישנם אתגרים גדולים, אך גם התקדמות משמעותית בשנים האחרונות.  חשוב לשמור על אתיקה ולהיערך לאיומים פוטנציאליים. המומחים צופים כי הטכנולוגיה הקוונטית תהיה חלק משמעותי מהעתיד הקרוב.

גרדמן: האם מדובר פה באיזה הייפ, שפתאום מישהו בא והמציא תחום חדש, או שבאמת זה מה שהולך לקרות מחר ואנחנו נזנח את חוק מור, את פון נוימן ואת כל השיטות הסטנדרטיות כי הגיע השחקן החדש לשכונה?

פרופ' אהרונוב: "מחר זה לא יקרה. האמת היא שזה כבר קורה היום. ההתקדמות בשנתיים האחרונות בחומרה היא מדהימה. הגענו לשלב שבו איכות הקיוביטים והשערים השתפרה משמעותית."

"יש סף מסוים של איכות שערים שמאפשר תיקון שגיאות. כשעוברים את הסף הזה, ניתן לעבוד בצורה יותר מדויקת וללא שגיאות משמעותיות. מכאן ואילך, זו בעיה כמותית ולא איכותית. המטרה היא להגדיל את מספר הקיוביטים ולשפר את האיכות."

ויזל: "אנחנו (יבמ) בתחום הזה מ-2016. השאלה אם זה יהיה בעתיד או מחר בבוקר תלויה בהשקעות הגדולות של החברות בתחום. האקו-סיסטם של IBM הוא ענק, עם חברות גדולות וגופים בינלאומיים שמשקיעים סכומים גדולים בתחום. יש טכנולוגיות חישוביות קוונטיות שמבוצעות כבר היום. החברות לא היו משקיעות סתם אם זה לא היה כדאי ומשמעותי.

סרן ברבי: "אנחנו מאמינים בטכנולוגיה. בעבר התחום נתפס כסיכון גבוה, אבל כיום יש התקדמות רבה. אנחנו עובדים על הפיתוחים והיישומים כך שברגע שהמחשב יגיע, נדע איך לעבוד איתו."

"אנחנו מבינים שהפיתוח דורש זמן והסתגלות, כמו שהטלפון החכם של היום לא היה מובן לפני 50 שנה. יש פה מהפכה אמיתית בתחום, וצריך להבין את הפוטנציאל."

גרדמן: המחשב הקוונטי עולה מיליוני דולרים ודורש מקום עצום. כמה חברות יכולות להרשות לעצמן להחזיק מחשב כזה?

פרופ' אהרונוב: "אנחנו רואים שמחשבים כבר מצליחים עם עשרות ומאות קיוביטים ואלפי שערים. יש מחשבים שעובדים בצורה מאוד מדויקת, עם דיוק גבוה. השאלה של מספר הקיוביטים הלוגיים הנדרשים לפתרון בעיות קוונטיות חשובות היא שאלה של רעיונות ושל פיתוח אלגוריתמים. מספר הקיוביטים הפיזיים הנדרש תלוי בשאלה הזו."

ויזל: "לא כולם צריכים לקנות מחשב קוונטי . אפשר להשתמש בה כשירות דרך הענן. יש מדינות שכבר קנו מחשבים קוונטיים, כולל גרמניה ויפן. נמכרו כבר שבע או שמונה מכונות קוונטיות של IBM.

גרדמן: איך אתם מתקנים שגיאות בצורה שתאפשר למכונות קוונטיות לעבוד כראוי?

פרופ' אהרונוב: "פיתחנו תוכנה שלוקחת מעגל קוונטי, מחלקת אותו למעגלים קטנים יותר שמריצים על מחשב קוונטי רעשני, ואז מבצעת עיבוד על התוצאות כדי לתת תשובה נכונה. אנחנו יודעים להקטין את השגיאות בשערים ולשפר את האמינות שלהם."

"התוכנה שלנו מספקת הכפלה של גודל החישוב שאפשר להריץ, בעזרת תיקון שגיאות והפחתת רעשים.

גרדמן: האם IBM עובדת עם חברות צעירות כדי לבנות תעשייה קוונטית רחבה יותר?

ויזל: " IBM תמיד מחפשת שותפויות ומאמינה באקוסיסטם רחב. אנחנו עובדים עם חברות רבות בעולם ומשתפים ידע עם גופים גדולים וקטנים. השותפויות האלה מובילות לפיתוחים מעניינים ומגוונים."

שאלה לסרן ברבי: האם אתם בצבא מפתחים טכנולוגיות קוונטיות או משתמשים בפיתוחים אזרחיים?

ברבי: "רוב הפיתוחים נעשים על ידי חברות באקוסיסטם הישראלי והבינלאומי. אנחנו עובדים עם התעשיות הביטחוניות והאזרחיות לשימוש בטכנולוגיות קוונטיות לצרכים צבאיים. – יש לנו מחקרים תשתיתיים ומחקרים יישומיים לקידום הטכנולוגיה ולהבנת הישומים הצבאיים שלה. המטרה היא לפתח יכולות ולהיות בחזית הטכנולוגיה גם בתחומים האסטרטגיים.

גרדמן שואל את פרופ' אהרונוב: מהם היישומים המרכזיים שאת חושבת שהקוונטום יעזור לקדם?

פרופ' אהרונוב: "ישנם יישומים פיזיקליים כמו למידת מולקולות, סימולציות של מערכות פיזיקליות ותכנון חומרים. השימוש הקרוב ביותר הוא למידת מולקולות ועבודה עם מולקולות קיימות, כמו גליום ארסנייד וסיליקון. אפשרויות נוספות כוללות תכנון בטריות, פתרונות למשבר האקלים, לרבות לכידת פחמן."

גרדמן: איך מתכנתים מחשב קוונטי ומה הקושי בכך?

פרופ' אהרונוב: "יש מעט הבנה לגבי תכנות מחשבים קוונטיים. יש מספר סוגי אלגוריתמים קלאסיים שמכירים, אך התחום עדיין מתפתח. חישוב קוונטי כולל מספר אקספוננציאלי של מסלולי חישוב שעובדים במקביל. הטריק הוא לתכנן אותם כך שיעשו התאבכות בונה. – אנחנו עדיין בתחילת הדרך, אך עובדים על פיתוח אלגוריתמים וכלים שיעזרו לתכנת מחשבים קוונטיים".

גרדמן: האם אין פה סכנה של שימוש לרעה בטכנולוגיה, ושייתכנו בעיות כמו פשעי מחשב ודברים אחרים?

ויזל: "נושא פיצוח ה-RSA, התמודדות עם מספר ראשוני או פקטוריזציה, הוא איום קיים. מערכות ישנות עלולות להיפגע. יש ארגונים בעולם שמתכוננים לאיומים האלה ומטמיעים אלגוריתמים קוונטיים חדשים. טכנולוגיה חדשה מביאה אפשרויות רבות, אך חשוב להקפיד על אתיקה. חשוב להיערך לשמירה על בטיחות ואבטחה."

גרדמן: מהו הסטטוס של חיישנים קוונטיים ומהם השימושים האפשריים בהם?

סרן ברבי: "חיישנים קוונטיים משתמשים בקיוביטים לצורך מדידות מדויקות של גדלים פיזיקליים. החיישנים האלה יותר שלמים כיום מהחישוב הקוונטי. – היתרון של החיישנים הקוונטיים הוא בדיוק המדידה שלהם, והם כבר בשימוש בתחומים שונים. החישה הקוונטית מתקדמת מאוד ויש לה יישומים רבים במערכות פיזיקליות ומדעיות.

שאלה מהקהל: איך מתכנתים את המחשבים הקוונטיים?

פרופ' אהרונוב: "פיתוח התוכנה הקוונטית הוא תחום מורכב מאוד. מדובר בפיתוח אלגוריתמים ייחודיים לחישוב קוונטי.

התכנות הקוונטי כולל את פיתוח האלגוריתמים ואת השימוש בתוכנות שמבצעות חישובים קוונטיים, תוך טיפול בבעיות חומרה. פיתוח התוכנה מאפשר לנו לחסוך בעיות רבות של החומרה בעזרת שיטות מתקדמות, כמו תיקון שגיאות קוונטי.

שאלה מהקהל: איך ניתן להשתמש בטכנולוגיה הקוונטית לסימולציה של העולם הפיזיקלי?

סרן ברבי: "חיישנים קוונטיים מאפשרים מדידות מדויקות של גדלים פיזיקליים ומאפשרים חישה קוונטית. החיישנים מתקדמים מאוד ויש להם יישומים רבים במערכות פיזיקליות ומדעיות. "מחשבים קוונטיים יכולים לבצע חישובים סטטיסטיים סופר-מסובכים במהירות ובדיוק רב, ולתת תשובות קרובות למציאות הפיזיקלית."

הפוסט "המיחשוב הקוונטי לא יקרה מחר. הוא קורה כבר היום" הופיע לראשונה ב-Chiportal.