הדגמת ניתוח סריג מקדמת מחשוב קוונטי עמיד בפני תקלות

צוות מדענים, בראשות חוקרים מ-ETH ציריך, הדגים לאחרונה דרך לשזור ביטים קוונטיים באמצעות ניתוח סריג. התהליך מאפשר למהנדסים לייצר מחשבים קוונטיים חזקים יותר, להרחיב את היכולות המרשימות ממילא של התקנים אלה ולפתוח את הדלת לאימוץ עתידי. הנה מה שאתם צריכים לדעת.

מה הופך מחשבים קוונטיים לשונים באופן מהותי

מחשבים קוונטיים נתפסים על ידי רבים כצעד הבא בתחום אבולוציה של מחשבים. מכשירים אלה יכולים לספק כוח חישוב גדול פי אלפי, מה שהופך אותם לאידיאליים לחישובים מדעיים מורכבים ועוד.

מחשבים קוונטיים הוכיחו את עצמם כחזקים בהרבה ממחשבים מסורתיים. הם עולים על מכשירים מסורתיים משום שהם מסתמכים על קיוביטים, סופרפוזיציה, שזירה והתאבכות לעיבוד מידע. מבנה זה מאפשר עיבוד של מיליוני חישובים במקביל.

מדוע תיקון שגיאות קוונטיות הוא צוואר בקבוק של הליבה

עם זאת, כשמדובר אחסון נתונים קוונטיים, זה הרבה יותר קשה מאשר ביטים מסורתיים, שניתן לשכפל ולאחסן. לאחר אחזורם, ניתן לבצע הפניות צולבות בין הכפילויות כדי להבטיח שהנתונים לא ייפגמו.

תיקון שגיאות קוונטיות הוא הרבה יותר מסובך מכמה סיבות. ראשית, לא ניתן להעתיק קיוביטים קוונטיים באותו אופן כמו ביטים מסורתיים. במקום זאת, הם מסתמכים על מצבים שזורים שנוצרים בין קיוביטים. מצב שביר זה ניתן להרוס בקלות.

ביט-היפוך ופאזת-היפוך

בנוסף, מחשבים קוונטיים צריכים להתמודד עם דקוהרנטיות והזזות פאזה. מחשבים קוונטיים ייחודיים בכך שקיוביטים יכולים פתאום וללא אזהרה לשנות את הפאזה שלהם מחיובית לשלילית. בעיה זו הקשה על אחסון נתונים קוונטיים לאורך תקופות ארוכות.

כיצד מהנדסים פותרים את הבעיה הזו

ישנן מספר דרכים בהן מהנדסים ניסו לתקן את ההזזות הקוונטיות הללו. שיטה פופולרית אחת היא ליצור קיוביט לוגי מקיוביטים שונים אחרים. לאחר יצירתו, המהנדסים יפעילו כל הזמן תיקון שגיאות כדי להבטיח דיוק.

תהליך זה דורש ממדענים למדוד באופן מתמיד את מצבם של מייצבים ייעודיים. מייצבים אלה מאפשרים למהנדסים לנטר כל שינוי בקיוביט מבלי לשנות את ערכו. הם מבצעים משימה זו על ידי מתן קריאות ביט ופאזה הניתנות למעקב.

תהליך זה יוצר קיוביטים של נתונים. קיוביטים אלה משמשים למטרת אחסון מצב התיקון. בעיות מתעוררות מכיוון שרוב מחשבי הקוונטים מסתמכים על מערכים דו-ממדיים של קיוביטים מוליכי-על.

קיוביטים אלה נשארים נעולים במרחב ולא ניתן להזיז אותם מבלי לפגוע במצב הקוונטי. מייצבים עוזרים לשמור על יציבות. עם זאת, הם יכולים לעבוד רק על קיוביטים הסמוכים זה לזה, כלומר הם אידיאליים עבור יישומי קיוביטים דו-ממדיים בלבד והם מוגבלים מאוד ביישומם.

ניתוח סריג על ביט קוונטי

במטרה לשפר את יכולות המחשוב הקוונטי, מדענים מ-ETH ציריך וממכון פול שרר פרסמו את "ניתוח סריג שבוצע על שני קודי חזרות במרחק שלוש עם קיוביטים מוליכי-עלמחקר ¹” בפיזיקה של טבע.

המאמר מציג מתודולוגיה חדשה לשזירה קוונטית ומייצבים. הגישה החדשה שלהם מאפשרת למחשבים קוונטיים לבצע פעולות קוונטיות בין קיוביטים לוגיים מוליכי-על תוך ביצוע תיקון שגיאות בזמן אמת.

מהי ניתוח סריג במחשוב קוונטי?

בליבת הפיתוח החדש הזה נמצאת ניתוח סריג. ניתוח סריג מחבר קודים טופולוגיים על פני קיוביטים לוגיים. גישה זו תומכת בסידורי קיוביטים דו-ממדיים לצד פעולות שער עמידות בפני תקלות.

באמצעות ניתוח סריג, המהנדסים הצליחו להפעיל שערי לוגיקה בין קיוביטים מקודדים גם כאשר אינם ממוקמים זה ליד זה. אסטרטגיה זו מונעת מגע ישיר בין קיוביטים, ומפחיתה שגיאות הנובעות מדה-קוהרנטיות.

ניתוח סריג מסתמך על שימוש בטלאים, שהם קיוביטים עם מייצבים. התהליך מחבר את השערים הללו יחד באופן זמני, מה שמאפשר בדיקות זוגיות ומרחב קוד גדול יותר לעיבוד. ראוי לציין כי עבודה זו מייצגת אחת ההדגמות הניסיוניות הראשונות של ניתוח סריג שבוצע בין קיוביטים לוגיים מקודדים באמצעות חומרת קוד-משטח מוליכה-על, תוך שמירה על תיקון שגיאות בזמן אמת במהלך הפעולה.

כיצד נערך ניסוי ניתוח הסריג

המהנדסים ביצעו מספר בדיקות כדי לוודא שחישוביהם נכונים. ראשית, הצוות יצר התקן קוונטי. שער הלוגיקה הורכב מ-17 קיוביטים מוליכי-על המסודרים בצורה ריבועית גסה.

לאחר שזירת שניים, המהנדסים התמקדו בפעולות המפוצלות. לשם כך, הם קודדו את הקיוביטים הלוגיים באמצעות חזרות של ביט-פליפ. לאחר מכן הם ניטרו את תוצאות המייצבים כל 1.66 מיקרו-שניות תוך ביצוע תיקוני ביט-פליפ ופאזה-פליפ.

השיטה מפצלת את ריבוע קוד פני השטח לחצאים, מה שמקל על המעקב והבדיקה. תוצאות הבדיקה הוכיחו בבירור שהתיאוריות שלהם היו נכונות.

ניתוח סריג על ביטים קוונטיים - תוצאות בדיקה

המהנדסים ציינו כי שגיאות היפוך הביטים תוקנו בזמן אמת. הם רשמו שיפור לעומת מעגלים לא מקודדים שעברו את אותו תהליך, וכתוצאה מכך המהנדסים יצרו בהצלחה שני קיוביטים לוגיים שהיו שזורים זה בזה.

יתרונות ניתוח סריג על ביטים קוונטיים

מחקר זה מביא לשוק יתרונות רבים. ראשית, הוא פותח את הדלת למחשבים קוונטיים חזקים ומדויקים יותר. היכולת להפחית ולקודד סבילות ותיקוני תקלות במכשירים אלה תאפשר לגרסאות עתידיות לספק ביצועים ויציבות טובים יותר.

ניתוח סריג על ביטים קוונטיים: יישומים בעולם האמיתי וציר זמן

ישנם מספר יישומים לעבודה זו. בעיקר, מחקר זה יסייע להרחיב ולשפר את תחום המחשבים הקוונטיים המתפתח. הוא מספק רמה חדשה של יציבות למכשירים אלה, ומאפשר למהנדסים ליצור יחידות חזקות יותר המסתמכות על עוד יותר קיוביטים כדי להניע את הפעילות.

ציר זמן של ניתוח סריג על ביטים קוונטיים

לדברי מהנדסים, עדיין יש הרבה עבודה לעשות לפני שטכנולוגיה זו תהיה מוכנה ותיושם במכשירים קוונטיים מתקדמים של ימינו. עם זאת, ניתן לצפות לראות טכנולוגיה זו מיושמת במגזר ב-7-10 השנים הקרובות, לצד אימוץ גובר של מחשבים קוונטיים.

ניתוח סריג על ביטים קוונטיים: חוקרים

חוקרים ממספר מוסדות בולטים השתתפו במחקר זה. באופן ספציפי, פרופסור אנדראס וולרף מאוניברסיטת D-PHYS הוביל את מאמר המחקר, בעוד פרופסור מרקוס מולר מאוניברסיטת RWTH אאכן ומרכז המחקר יוליך כתבו יחד את העבודה.

העיתון מפרט גם את איליה בסדין, מייקל קרשבאום, ג'ונתן נול, איאן הסנר, לוקאס בודקר, לואיס קולמנארז, לוקה הופלה, נתן לקרואה, כריסטוף הלינגס, פרנסואה סוויאדק, אלכסנדר פלסבי, מוחסן בהראמי פאנה ודנטה קולאו זאנוז כתורמים.

ניתוח סריג על עתיד ביטים קוונטיים

עתידה של טכנולוגיה זו מזהיר. המטרה היא לשלב אותה עם פריצות דרך אחרות מהשנים האחרונות כדי לעזור למהנדסים להשיג את מטרתם הכוללת של בניית מחשבים קוונטיים שימושיים המסתמכים על אלפי קיוביטים במקום עשרות.

השקעה בחדשנות קוונטית

תחום המחשוב הקוונטי נשלט על ידי מספר חברות מחקר שהשקיעו מיליונים בטכנולוגיה. קבוצות אלו ממשיכות לחקור את הטכנולוגיה הזו ברוח חדשנית, ומסייעות לחשוף גישות שנחשבו בעבר בלתי אפשריות. הנה חברה אחת שסייעה לטפח פיתוחים עתידיים ואימוץ.

מחשוב ריגטי

חברת ריגטי מחשוב נוסדה בשנת 2013 על ידי צ'אד ריגטי במטרה ספציפית לבנות את מחשבי הקוונטים החזקים ביותר בעולם באמצעות טכנולוגיית קיוביטים מוליכי-על. בניגוד ל-IonQ, המשתמשת ביונים לכודים, המיקוד של ריגטי במעגלים מוליכי-על תואם יותר את המחקר של ETH בציריך, הכולל ניתוח סריג על קיוביטים לוגיים מוליכי-על.

בשנת 2018, ריגטי הדגים שבב של 128 קיוביטים, ומאז החברה חלוצה בפיתוח מחשוב קוונטי "Full-Stack". זה כולל את מתקן Fab-1, בית היציקה הקוונטי הייעודי הראשון בעולם, שם הם מתכננים ומייצרים מעבדים קוונטיים משלהם.

ריגטי עשתה צעדים משמעותיים בתחום המחשוב הקוונטי-קלאסי ההיברידי. פלטפורמת שירותי הענן הקוונטיים (QCS) שלה משלבת מעבדים קוונטיים עם תשתית קלאסית בעלת ביצועים גבוהים, הכרח לתיקון שגיאות בזמן אמת הנדון במחקר הנוכחי. בשנת 2021, ריגטי הונפקה לציבור באמצעות מיזוג עם Supernova Partners Acquisition Company II, והנפיקה את החברה בנאסד"ק.

כיום, ריגטי מפתחת באופן פעיל את מערכות Ankaa שלה, המשתמשות בסריג מרובע של מצמדים מתכווננים. ארכיטקטורה זו תוכננה במיוחד לתמוך בסוג הפעולות הסובלניות לתקלות ובקידוד קיוביטים לוגי שהודגמו במחקר האחרון של ETH ציריך.

חדשות וביצועים אחרונים של ריגטי מחשוב (RGTI).

ניתוח סריג על ביטים קוונטיים | סיכום

מחשבים קוונטיים מבטיחים כוח חישובי שאין שני לו, אך שבריריותם הפכה אותם ליקרים מדי עבור רוב האנשים לשימוש או החזקה. עבודה זו תסייע לייצב את המכשירים הללו, ותקדם את העולם צעד אחד קרוב יותר לאופציה משתלמת ואמינה. מסיבה זו ועוד, מהנדסים אלה ראויים לתשואות סוערות.

למדו על פריצות דרך נוספות בתחום מחשבי הקוונטים כאן.

הפניות

^{1. בסדין, א., קרשבאום, מ., קנול, י., הסנר, א., בודקר, ל., קולמנארז, ל., הופלה, ל., לקרואה, נ., הלינגס, ק., סוויאדק, פ., פלסבי, א., בהראמי פאנה, מ., קולאו זאנוז, ד., מולר, מ., וולראף, א. (2026). ניתוח סריג שבוצע על שני קודי חזרות במרחק שלוש עם קיוביטים מוליכי-על. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6}