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.

"אנחנו נמצאים בנקודה מאוד מעניינת. נקודה שבה מחשבים קוונטיים קטנים כבר הודגמו והטכנולוגיה הבסיסית כבר הוכחה אבל האתגר שעומד בפני כל התעשיה הוא איך לפתח טכנולוגיות וארכיטקטורות שיאפשרו לנו לבנות מחשבים גדולים באמת עם יכולת תיקון שגיאות שזה מה שצריך על מנת שמחשבים קוונטיים יהיו שימושיים.

התעשייה מנסה כיום לממש את המחשב הקוונטי באמצעות פוטונים ואף באמצעות סיליקון, ומחפשת ארכיטקטורות וטכנולוגיות שיאפשרו את השידרוג בקנה מידה.

קוונטום סורס שותפה במאגד ייעודי לסיליקון פוטוניקס , בנפרד מהמאגד של המיחשוב הקוונטי הכללי.   בנוסף לקוונטום סורס חברות במאגר גם אלביט, Cielo (חברה בת של רפאל) וניו פוטוניקס ומהצד האקדמי חברות בו האוניברסיטה העברית

"מטרת המאגד היא לפתח טכנולוגיות מבוססות סיליקון ניטרד  (SiN ) ו- Lithium Niobat. כל אחת מהחברות זקוקה לפתרון הזה לצרכים שונים לגמרי אבל המשותף לכולם שכולנו צריכים אבני בניין בסיסיות באיכות גבוהה. אנו עובדים עם פאב של טאואר, אם כי בארה"ב.

לאחרונה סיימה קוונטום סורס גיוס של 12 מיליון דולר. "צריך לזכור שאנו נמצאים בתקופה די מאתגרת במדינה,  בכלל ולסטאטפים בפרט ואנחנו מקווים לימים טובים יותר. אנחנו גייסנו עכשיו מקבוצה בראשות דל טכנולוגיות אבל זה לא טריויאלי לגייס היום. מי שמצליח לגייס היום צריך להיות מאוד מיוחד ואני שמח שאנחנו מהמיוחדים.

להשתתפות בכנס ChipEx2023 לחצו כאן

הפוסט לקראת ChipEx2023 – עודד מלמד: המחשב הקוונטי הוכיח את עצמו, עכשיו צריך לשדרג אותו הופיע לראשונה ב-Chiportal.