צוות של מדענים מאוסטרליה ומרחבי העולם יצר לראשונה תמונה מלאה של האופן שבו שגיאות מתפתחות לאורך זמן בתוך מחשב קוונטי. מדובר בפריצת דרך שעשויה להפוך מחשבים קוונטיים עתידיים לאמינים בהרבה.

החוקרים, בהובלת ד״ר כריסטינה ג׳יארמאצי מאוניברסיטת מקווארי, מצאו שהשגיאות הזעירות שמטרידות מחשבים קוונטיים אינן מופיעות באקראי. במקום זאת הן יכולות להישאר במחשב, להתפתח לאורך זמן, ואפילו להתחבר זו לזו בין רגעים שונים.

“אפשר לחשוב על זה כאילו מחשבים קוונטיים שומרים זיכרון של השגיאות,” אומרת ד״ר ג׳יארמאצי. “הזיכרון הזה יכול להיות קלאסי או קוונטי, בהתאם לאופן שבו השגיאות מקושרות זו לזו.”

“פרוטוקולים קוונטיים רבים מניחים שלמחשבים קוונטיים אין זיכרון כזה (כלומר שהתנהגותם ‘מרקוביאנית’), אבל זה פשוט לא נכון.”

ההתנהגות הזו היא אחד המכשולים המרכזיים בדרך לבניית מחשבים קוונטיים מעשיים בקנה מידה גדול.

“הצלחנו לשחזר את כל ההתפתחות של תהליך קוונטי לאורך כמה נקודות זמן, דבר שלא נעשה קודם,” אמרה ד״ר ג׳יארמאצי. “זה מאפשר לנו לראות לא רק מתי רעש מופיע, אלא איך הוא נישא לאורך הזמן.”

פריצת הדרך פותחת אפשרות לשיטות מתקדמות יותר למידול, חיזוי ותיקון שגיאות במכשירים קוונטיים. ולא רק בשבבים מוליכי־על, אלא גם במערכות כמו יונים כלואים ו וקיוביטי ספין.

“פתחנו חלון חדש לאופן שבו מערכות קוונטיות מתנהגות לאורך זמן, כאשר השגיאות שלהן מקושרות,” אמרה ד״ר ג׳יארמאצי. “זה חיוני אם אנחנו רוצים שמחשבים קוונטיים יהפכו באמת לשימושיים ולחסרי שגיאות.”

כדי להגיע לכך, הצוות ערך סדרת ניסויים על מעבדים קוונטיים מתקדמים מסוג מוליכי־על. חלקם נערכו במעבדה באוניברסיטת קווינסלנד, ואחרים בוצעו דרך מחשבים קוונטיים מבוססי ענן של IBM.

ניסיונות קודמים “למפות” את התנהגות המערכת הקוונטית לאורך זמן נתקלו כולם באותה בעיה: אחרי שמודדים מערכת קוונטית באמצע ניסוי, אי אפשר “להכין” אותה שוב בחופשיות לשלב הבא. ההכנה תלויה בתוצאת המדידה, שהיא 0 או 1.

השיטה החדשה פותרת זאת באמצעות תרגיל חכם: מניחים שב־50% מהמקרים תוצאת המדידה הייתה 1, וב־50% הנותרים היא הייתה 0. לאחר מכן משתמשים בתוכנה כדי “לעבוד לאחור” עם הנתונים ולהסיק באיזה מצב הייתה המערכת.

“החומרה יכלה לעשות את זה,” אמר שותף המחקר ד״ר פאביו קוסטה מ־Nordita בשטוקהולם. “מה שאנחנו פיצחנו הוא איך בפועל להכין את המערכת לאחר מדידה באמצע המעגל.”

החוקרים מצאו שגם המכונות הקוונטיות הטובות ביותר כיום מציגות דפוסי רעש עדינים אך חשובים שמקושרים בזמן. בין היתר, מדובר גם ברעש שהוא קוונטי באופיו ומקורו בקיוביטים סמוכים על אותו שבב.

הבנת הדפוסים האלה תסייע למדענים לתכנן כלים טובים יותר לאפיון מערכות ולתיקון שגיאות. זהו צעד חיוני בדרך למחשבים קוונטיים אמינים, “סובלניים לתקלות” (fault-tolerant).

“זה מתגמל כשרואים מודלים תיאורטיים קורמים עור וגידים על חומרה אמיתית, ובמיוחד כשהם יכולים לעזור לפתח את החומרה עצמה,” אמר טיילר ג׳ונס, שעבד על הפרויקט כדוקטורנט באוניברסיטת קווינסלנד. “אפיון חזק של קורלציות בזמן במערכות קוונטיות הוא הכרחי בדרך לבניית מכונות קוונטיות עוצמתיות.”

הצוות הפך את נתוני הניסוי ואת הקוד לזמינים באופן פתוח, והמחקר המלא פורסם בכתב העת Quantum.

למאמר בכתב העת Quantum

הפוסט צוות מחקר אוסטרלי גילה מדוע למחשבים קוונטיים יש “בעיות זיכרון” לאורך זמן הופיע לראשונה ב-Chiportal.

חברת Quantum Transistors דיווחה כי הגיעה לנאמנות (fidelity) של 99.9988% בשער קוונטי דו־קיוביטי במעבד קוונטי מבוסס יהלום, נתון שמתורגם לשגיאה ממוצעת של כ־1.2×10⁻⁵ לכל שער – רמה שמקרבת את התחום לאזור שבו תיקון שגיאות קוונטי הופך ליעיל יותר, ולכן גם למחשוב קוונטי שמסוגל “להתרומם” מעבר להדגמות מעבדה.

כיתוב תמונה מוצע: קיוביטים מבוססי יהלום (NV centers) הם פלטפורמה במצב מוצק שיכולה לעבוד מטמפרטורת חדר ועד תנאים קריוגניים – אילוסטרציה: depositphotos.com

מה נמדד כאן, ולמה המספר חשוב

במערכות קוונטיות כל פעולה בסיסית – “שער קוונטי” – חייבת להתבצע בדיוק קיצוני. “נאמנות” היא מדד לכמה הפעולה שבוצעה קרובה לפעולה האידיאלית. כשהנאמנות נמוכה, יש יותר שגיאות, ואז נדרשת שכבה עבה ויקרה של תיקון שגיאות שמבזבזת משאבים.

במאמר שעלה ל־arXiv בשבוע השני של דצמבר 2025 מתואר שילוב של הנדסת פולסים (pulses) עם מדידת ביצועים בשיטת Randomized Benchmarking על גבי מרכז חנקן־חלל (NV center) ביהלום. החוקרים מציגים שיפור בשגיאה לשער של עד פי תשעה, ומציינים כי בהשלכה לתנאים קריוגניים מתקבל נתון שיא של שגיאה דו־קיוביטית של 1.2×10⁻⁵ – כלומר נאמנות של 99.9988%.

“PUDDINGs”: פולסים שמגנים מפני כמה סוגי רעש בו־זמנית

הלב של ההישג הוא טכניקת בקרה בשם PUDDINGs – ראשי תיבות של Power-Unaffected, Doubly-Detuning-Insensitive Gates. הרעיון הוא לעצב את פולסי הבקרה כך שיהיו עמידים יותר גם לשגיאות בעוצמה (amplitude/power) וגם לשגיאות בתדר/דיטיון (detuning), שני מקורות נפוצים לרעש במערכות קוונטיות. במאמר מתואר שהטכניקה גורמת לכך שהשגיאה “קטנה מהר יותר” עם שיפור הבקרה – כלומר ירידה ריבועית במקום ליניארית בהשפעת הרעש, מה שמאפשר קפיצה חדה יותר בביצועים ככל שמשפרים את ההנדסה.

בחברה מדגישים גם היבט תשתיתי: פלטפורמת יהלום במצב מוצק יכולה לעבוד מטמפרטורת חדר ועד קריוגניה, ולכן עשויה לצמצם תלות במערכות קירור דילול יקרות במיוחד – מה שמוזיל ומפשט תפעול של מערכות גדולות.

Quantum Transistors היא חברה ישראלית שנוסדה ב־2022 ומנוהלת בידי שמואל בכינסקי, שמנסה לתרגם את יתרונות היהלום – יציבות ושילוב טבעי עם פוטוניקה – למסלול ייצור בקנה מידה תעשייתי, עם יעד מוצהר להשתלבות עתידית בתשתיות ענן ומרכזי נתונים.

הפוסט Quantum Transistors מדווחת על נאמנות של 99.9988% בשער דו־קיוביטי מבוסס יהלום 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.