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.

הפיזיקאים של אוניברסיטת בן-גוריון בנגב הם הראשונים שניסו להבין את תכונות הכאוס באמצעות שבב קוונטי. הם גייסו חלקיקי אור כדי לדמות כאוס והצליחו לחזות מתאמים המעידים עליו. מסקנותיהם פורסמו בכתב העת המדעי Nature Partner Journal, Quantum Information.

פרופ' איתן גרוספלד ועמיתו ד"ר דניאל דהן מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בן גוריון בנגב, יחד עם ד"ר גבע ארואס, בוגר המחלקה, בתר-דוקטורט בפריז, הדגימו שמערכות הלוכדות אור בחלל תהודה מיקרומטרי על טבעת, יכולות לחשוף התנהגות בלתי צפויה, כאשר אור עם תכונה סיבובית (אור כיראלי) מוזרק לתוך החללים הללו.

הפוטונים, חלקיקי האור, מתנהגים על פי חוקי מכניקת הקוונטים. החוקרים עקבו אחר המסלולים של מספר פוטונים בתוך המיקרו-חללים וגילו שהתנהגותם הופכת כל כך בלתי צפויה ואף עלולה להראות לגמרי אקראית, בשל רגישות גבוהה לשינויים קטנים בתנאים ההתחלתיים. עם זאת, הם חזו שמתאמים מסוימים בין פליטת פוטונים במיקרו-חללים השונים יצביעו על ההתנהגות הכאוטית. הפיזיקאים מאוניברסיטת בן-גוריון הם הראשונים שהציעו את חלקיקי האור, הפולריטונים, כמי שיכולים לדמות כאוס. גילוי זה נעשה במסגרת תוכנית הדגל של האיחוד האירופי שמטרתה להפוך את המחקר הקוונטי לטכנולוגיות קוונטיות.

"למיטב ידיעתנו, אנו הראשונים להציע סימולטורים קוונטיים במצב מוצק המבוססים על חלקיקי אור כמי שיכולים לדמות סוגים מסוימים של כאוס בהם קשה מאוד לקבוע את הכללים", הסביר פרופ' גרוספלד. "חלקיקים אלו מורכבים מפוטונים ואקסיטונים של מצב מוצק. שבב המצב המוצק קושר את הפוטונים ומייצר מהם תגובה בה אנו משתמשים בסימולציות שלנו".

שותפים נוספים לקבוצת המחקר: אוניברסיטת אוקספורד, אוניברסיטאי קולג' בלונדון, אוניברסיטת שפילד בבריטניה CNRS-C2N בפריז, המכון לפיזיקה בוורשה ומכון פול דרוד בברלין.

מחקר זה (מס' 1626/16 *) נתמך על-ידי הקרן הלאומית למדע ובהמשך נתמך על ידי רשות החדשנות במסגרת תכנית קמין- בפרויקט QuantERA InterPol  ובסיוע BGN Technologies – חברת מסחור הטכנולוגיות של אוניברסיטת בן-גוריון בנגב.

הפוסט שופכים אור על הכאוס הופיע לראשונה ב-Chiportal.