חברת המחשוב הקוונטי הישראלית קדמה (Qedma Quantum Computing) הודיעה על שילוב תוכנת הפחתת השגיאות שלה, QESEM, בפלטפורמת CUDA-Q של NVIDIA. האינטגרציה מאפשרת למפתחים המשתמשים בסביבת הפיתוח ההיברידית קוונטית־קלאסית של אנבידיה לשלב מנגנוני הפחתת שגיאות של קדמה בתוך זרימת העבודה הקיימת, ללא צורך בשינוי ממשק התכנות.

בשלב הראשון זמינה האינטגרציה עבור חומרת המחשוב הקוונטי של Quantinuum, ובהמשך מתכננת קדמה להרחיב אותה לפלטפורמות קוונטיות נוספות. ההכרזה נמסרה במסגרת IEEE Quantum Week בטורונטו. קדמה מסרה בהודעתה כי המטרה היא לאפשר למשתמשים להריץ מעגלים קוונטיים גדולים ומורכבים יותר ולקבל תוצאות מדויקות ואמינות יותר מן החומרה הזמינה כיום.

להתמודד עם הרעש בלי להמתין למחשב קוונטי חסין־שגיאות

אחד האתגרים המרכזיים של מחשבים קוונטיים בני זמננו הוא רגישות הקיוביטים לרעש ולשגיאות. תיקון שגיאות קוונטי מלא דורש מספר גדול מאוד של קיוביטים פיזיים כדי ליצור קיוביטים לוגיים אמינים, ולכן מחשבים קוונטיים חסיני־שגיאות בקנה מידה גדול עדיין אינם זמינים.

QESEM של קדמה נועדה להתמודד עם חלק מהבעיה באמצעות הפחתת שגיאות (Quantum Error Mitigation). בניגוד לתיקון שגיאות מלא, הטכנולוגיה אינה מבטלת את השגיאות באמצעות שכבת קיוביטים לוגיים, אלא מנתחת ומפחיתה את השפעת הרעש על תוצאות החישוב.

לדברי החברה, התוכנה פועלת כשכבת ביניים בין האלגוריתם לבין החומרה הקוונטית, ומאפשרת למשתמש להגדיר רמת דיוק רצויה ולנהל את המשאבים הדרושים להשגתה.

"אפשרות להריץ עומסים קוונטיים גדולים ומורכבים יותר ברמת דיוק גבוהה יותר היא קריטית להרחבת מה שמחשבים קוונטיים יכולים לעשות כיום", אמר ד"ר אסף סיני, מנכ"ל וממייסדי קדמה. לדבריו, שילוב QESEM ב־CUDA-Q מאפשר להביא את יכולות הפחתת השגיאות ישירות לאחת מסביבות העבודה המרכזיות המחברות כיום מחשוב קוונטי ומחשוב מואץ.

סם סטנוויק, מנהל תחום המוצרים הקוונטיים באנבידיה, אמר כי הפחתת שגיאות היא אחד האתגרים המרכזיים בדרך למערכות מחשוב־על קוונטיות שימושיות, וכי האינטגרציה של קדמה מפשטת את שילוב מנגנוני הפחתת השגיאות בתהליך הפיתוח של מערכות המשלבות QPU ו־GPU.

אנבידיה מאשרת את שילובה של קדמה באקוסיסטם

המהלך אינו מופיע רק בהודעת החברה הישראלית. בהכרזה הרשמית של NVIDIA על הרחבת CUDA-Q ציינה החברה במפורש את Qedma כאחת החברות ששילבו את הטכנולוגיה שלהן בפלטפורמה כדי לתמוך בהפחתת שגיאות ובפיתוח יישומים קוונטיים.

אנבידיה הכריזה במקביל גם על CUDA-Q Logical, שכבת תזמור חדשה שנועדה לפיתוח ולבחינה של יישומים עתידיים למחשבים קוונטיים חסיני־שגיאות. בכך היא מרחיבה את CUDA-Q מסביבת עבודה למערכות קוונטיות היברידיות הקיימות כיום לעבר תשתית שנועדה גם לדורות הבאים של החומרה הקוונטית.

CUDA-Q היא פלטפורמת קוד פתוח של אנבידיה המיועדת לפיתוח יישומים היברידיים המשלבים מעבדים קוונטיים, CPU ו־GPU. עבור אנבידיה, התחום הקוונטי הופך בהדרגה להרחבה של אסטרטגיית המחשוב המואץ שלה, כאשר ה־GPU משמש גם לסימולציה של מערכות קוונטיות וגם לחישובים הקלאסיים הנדרשים בזמן הפעלת מעבד קוונטי.

קדמה מחזקת את החיבור ליצרניות החומרה

האינטגרציה עם CUDA-Q מגיעה לאחר שבחודש יולי הודיעה קדמה על שילוב QESEM בפלטפורמה של Quantinuum. החברה הישראלית היא חברה מייסדת בתוכנית השותפים לסטארט־אפים של Quantinuum.

קדמה נוסדה על ידי ד"ר אסף סיני, פרופ' דורית אהרונוב מהאוניברסיטה העברית ופרופ' נתנאל לינדנר מהטכניון. החברה מפתחת תוכנה שאינה תלויה בארכיטקטורת חומרה יחידה, במטרה לאפשר שימוש במנגנוני הפחתת שגיאות על גבי פלטפורמות קוונטיות שונות.

בחודשים האחרונים הרחיבה החברה את שיתופי הפעולה שלה גם עם IBM. ביולי דיווחו IBM וקדמה על ניסוי שבו שולבה QESEM במחשבים הקוונטיים של IBM לצורך חקר דינמיקה של חומרים קוונטיים במערכות של עד 74 קיוביטים.

עבור קדמה, החיבור ל־CUDA-Q משמעותי במיוחד משום שהוא מכניס את הטכנולוגיה שלה ישירות אל סביבת הפיתוח שבה אנבידיה מבקשת לרכז את החיבור בין מחשוב קלאסי מואץ לבין מעבדים קוונטיים של יצרנים שונים.

הפוסט קדמה הישראלית משתלבת ב-CUDA-Q של אנבידיה להפחתת שגיאות במחשוב קוונטי הופיע לראשונה ב-Chiportal.

IBM, החברה הישראלית קידמה (Qedma), אוניברסיטת שיקגו, Algorithmiq ושותפות מחקר נוספות פרסמו שלושה מאמרים שבהם הן מציגות הדגמות של יתרון קוונטי שניתן לבסס את האמון בתוצאותיו גם כאשר שיטות הסימולציה הקלאסיות המובילות אינן מספקות תשובה אמינה.

שלושת המאמרים הועלו ל־arXiv ב־27 וב־28 ביולי וטרם עברו ביקורת עמיתים. לפיכך מדובר בטענות ליתרון קוונטי שעדיין ייבחנו בידי הקהילה ובידי מפתחי אלגוריתמים קלאסיים, ולא בהכרעה סופית שלפיה מחשבים קוונטיים עדיפים באופן כללי על מחשבי־על.

החשיבות התעשייתית של העבודות נובעת מהמעבר ממדידת ביצועים המבוססת בעיקר על מספר הקיוביטים לעיסוק באמינות המערכת השלמה: המעבד הקוונטי, קודי איתור השגיאות, מודל הרעש, תוכנות הפחתת השגיאות ושכבת האימות.

קידמה מדגימה את QESEM על IBM Heron

במחקר שבו השתתפה קידמה הפעילו החוקרים מעגלים של עד 74 קיוביטים על מעבד IBM Heron r3. הניסוי דימה מגנט איזינג קוונטי הנתון לעירור מחזורי ונועד לעקוב אחר דינמיקת המגנטיזציה לאורך זמן.

תוכנת QESEM של קידמה שימשה להפחתת השפעת הרעש ולקבלת מדידות בדיוק של אחוזים בודדים. לפי המאמר, המערכת הקוונטית חשפה תנודות ממושכות שלא נראו באופן עקבי בשתי שיטות סימולציה קלאסיות מתקדמות.

סימולציות המבוססות על רשתות טנזור לא הצליחו להתכנס בתחום הקשה ביותר, ואילו תוצאותיה של שיטת Pauli-path נותרו תלויות ברמת הקיטום, למרות שימוש במעבדים גרפיים מתקדמים ובמחשב־העל פוגאקו של RIKEN.

החוקרים השתמשו בכמה אומדי הפחתת שגיאות בלתי תלויים, בדקו את מודל הרעש וחזרו על חלק מן המדידות במערכות מבוססות יונים לכודים של Quantinuum. ההתאמה בין המדידות חיזקה את הטענה שהמחשב הקוונטי מדד תופעה פיזיקלית ממשית ולא תוצר של רעש החומרה.

מבחינת קידמה, המחקר מדגים את תפקידה האפשרי של שכבת תוכנת הפחתת השגיאות במערכות קוונטיות מהדור הנוכחי. במקום להמתין למחשב בעל תיקון שגיאות מלא, QESEM נועדה להוציא תוצאות שימושיות ממעבדים רועשים באמצעות שילוב של דיכוי שגיאות, הפחתת שגיאות וניתוח סטטיסטי.

IBM ואוניברסיטת שיקגו שילבו אימות בתוך המעגל

במחקר נוסף בנו חוקרי IBM ואוניברסיטת שיקגו מעגל קוונטי בעל 70 קיוביטים לוגיים ובעומק 70, שכלל 468 שערי T. החישוב נפרס על 97 קיוביטים פיזיים וקודד באמצעות spacetime codes, המאפשרים לזהות שגיאות במהלך התפתחות המעגל.

באמצעות סינון הרצות שבהן התגלו תסמיני שגיאה השיגו החוקרים הפחתה של פי עשרה בשיעור השגיאות האפקטיבי. הם הציבו חסם תחתון כמותי לנאמנות התוצאה ברמת ביטחון של 95%, בלי לדרוש ממחשב קלאסי לחשב את הפלט המלא של המעגל.

גישה זו עשויה להיות חשובה למערכות קוונטיות עתידיות משום שהיא הופכת את האימות לחלק מארכיטקטורת החישוב, ולא לבדיקה חיצונית המתבצעת לאחר קבלת התוצאה.

Algorithmiq בודקת את תהליך החישוב

המחקר השלישי, בהובלת Algorithmiq ובשיתוף IBM וגופים נוספים, עסק באמידת operator Loschmidt echo במעגלים של 56 קיוביטים. בתחום שנבדק התקבלו תוצאות שונות מכמה שיטות סימולציה קלאסיות, ולא הייתה תשובת ייחוס מוסכמת.

החוקרים בדקו את עקביות התוצאות על פני כמה מערכות קוונטיות בעלות מאפייני רעש שונים. הם הראו גם כיצד אפשר להפיק אומדנים נטולי הטיה ותחומי שגיאה סטטיסטיים, בתנאי שמודל הרעש של המערכת ידוע במידה מספקת.

שכבת התוכנה הופכת לרכיב מרכזי

שלושת המחקרים מדגישים כי המרוץ הקוונטי אינו מוכרע באמצעות מספר הקיוביטים בלבד. איכות השערים, הקישוריות, קודי איתור השגיאות, תוכנת הפחתת השגיאות, היכולת לאפיין את הרעש והאינטגרציה עם מחשוב עתיר ביצועים נעשים חשובים לא פחות מן המעבד עצמו.

עבור תעשיית השבבים, התוצאות מצביעות על שלב ביניים אפשרי בין המעבדים הקוונטיים הרועשים של היום לבין מחשבים עתידיים בעלי תיקון שגיאות מלא. בשלב זה עשויים מעבדים קוונטיים לשמש מאיצים למשימות מדעיות מסוימות, כאשר סביבם פועלת שכבה נרחבת של עיבוד קלאסי ותוכנה.

השתתפותה של קידמה ממחישה גם את מקומה של התעשייה הישראלית בשכבת התוכנה של שרשרת הערך הקוונטית. החברה אינה מפתחת מעבד קוונטי, אלא טכנולוגיה שמטרתה לשפר את אמינות התוצאות המתקבלות מחומרה קיימת.

״אנחנו נמצאים כעת, באופן מוצק, בעידן היתרון הקוונטי״, אמר ג׳יי גמבטה, מנהל המחקר של IBM. ואולם IBM עצמה מבהירה כי פרסום הטענות אינו סוגר את הדיון: שלושת הניסויים יצטרפו למעקב ולהשוואה מול אלגוריתמים קלאסיים חדשים.

בשלב זה לא הודגמה עדיפות מסחרית כללית במשימות כמו פיתוח שבבים, תכנון תרופות, לוגיסטיקה או פיננסים. ההישג הוא ממוקד יותר: הצגת דרכים שבהן מחשב קוונטי יכול להגיע לתחום קשה לסימולציה קלאסית ועדיין לספק ראיות כמותיות לאמינות התוצאה.

מקורות:

• הפרסום המלא של IBM
• המאמר בהשתתפות קידמה
• המאמר של IBM ואוניברסיטת שיקגו
• המאמר בהובלת Algorithmiq

הפוסט IBM וקידמה מציגות תוצאות קוונטיות מעבר ליכולת הסימולציה הקלאסית הופיע לראשונה ב-Chiportal.