טיסה עם הרון וקונדור: ההתקדמות האחרונה במחשבים קוונטיים

ל-IBM יש בדיוק הודיע פריצת הדרך האחרונה במשימתה להפוך מחשבים קוונטיים ממוסחרים ומעשיים למציאות - מעבד 1,000+ קיוביטים המכונה 'קונדור' ומעבד ממוקד תיקון שגיאות המכונה 'הרון'.

מחשבים קוונטיים מייצגים גישה חדשה לחישוב מבוסס מכונה. באמצעות שימוש בקיוביטים המסוגלים לבצע סופרפוזיציה והסתבכות, למחשבים קוונטיים יש פוטנציאל לבצע חישובים מהירים ומורכבים יותר מביטים קלאסיים המשמשים במחשבים מסורתיים יותר. שלא כמו מחשוב מסורתי, שבו סיביות מייצגות או 0 או 1, קיוביטים במחשוב קוונטי יכולים לייצג את שני המצבים בו זמנית. חשוב לציין, זה הופך את המחשוב הקוונטי למשלים למחשוב הקלאסי ולא תחליף; הוא מצטיין במשימות כמו הדמיות מולקולריות ואופטימיזציות של מערכת, בעוד שמחשוב קלאסי מתאים יותר למשימות יומיומיות.

בגלל סוגי המשימות שהמחשוב הקוונטי צריך להצטיין בהן, הטכנולוגיה כה מפורסמת. כדאי לפתח מחשב המסוגל לבצע חישובים מורכבים בסדרי גדלים מהר יותר מאשר מקביליו המסורתיים, שכן למקרי השימוש בו יש פוטנציאל לשנות את העולם ואת ההבנה שלנו לגביו.

הרון וקונדור של יבמ

עם הכרזתה, IBM עשתה צעדים משמעותיים בתחום המחשוב הקוונטי על ידי השקת שני מעבדים קוונטיים מתקדמים: Heron ו-Condor.

מעבד ה-Heron, המוצג במערכת הקוונטית ibm_torino, מייצג קפיצת מדרגה עם 133 קיוביטים בתדר קבוע ומצמדים ניתנים לכוונון, ומספק שיפור של פי 3-5 בביצועים בהשוואה למעבדי Eagle קודמים של 127 קיוביטים. התקדמות זו למעשה מבטלת 'הצלבה' (אינטראקציה או הפרעה בלתי רצויה בין קיוביטים) ומניחה את הבסיס לפיתוח חומרה עתידי. יש לציין ש-IBM כבר משתמשת בשבבים אלה בפלטפורמת המחשוב Quantum System Two ב"ארכיטקטורה מודולרית" שלה.

מצד שני, מעבד הקונדור, מעבד קוויביט קוונטי בעל מוליכים-על של 1,121, הוא חידוש בולט לא פחות. הוא מגדיל את צפיפות הקיוביט ב-50%, משלב התקדמות בייצור קיוביט ומשלב מעל קילומטר של חיווט קריוגני בצפיפות גבוהה בתוך מקרר דילול יחיד (כלי המשמש להשגת טמפרטורות נמוכות במיוחד, בדרך כלל קרוב לאפס המוחלט). הביצועים של קונדור דומים למעבד 433-qubit Osprey המוקדם של החברה, מה שמסמן אבן דרך משמעותית בקנה מידה ומידע על עיצוב חומרה עתידי במחשוב קוונטי.

התפתחויות אלו של יבמ מהוות חשיבות מכרעת בדחיפת גבולות התועלת הקוונטית ובהתקדמות לעבר מחשוב-על ממוקד קוונטי.

יישומים ומגבלות

כפי שהוזכר קודם לכן, מחשבים קוונטיים זוכים להערכה רבה בשל הפוטנציאל שלהם לקדם מאוד את ההבנה שלנו כמעט בכל תחום מדעי. להלן רק כמה דוגמאות לכך.

תרופה: ברפואה, מחשוב קוונטי יכול לחולל מהפכה בגילוי תרופות על ידי הדמיית התנהגות של מולקולות ברמה קוונטית. זה מאפשר תחזיות מדויקות יותר לגבי האופן שבו תרופות פוטנציאליות עשויות לתקשר עם גוף האדם, לזרז את הפיתוח של תרופות חדשות ולהפחית עלויות.

מֵטֵאוֹרוֹלוֹגִיָה: עבור מטאורולוגיה, מחשבים קוונטיים יכולים לנתח כמויות אדירות של נתוני מזג אוויר בצורה יעילה יותר ממחשבים קלאסיים. זה יוביל לדייק יותר תחזיות מזג אוויר והבנה טובה יותר של שינויי האקלים, עוזרים לצמצם אסונות טבע ולתכנן אסטרטגיות חקלאיות.

פתרון בעיות מורכב: מחשוב קוונטי יכול להתמודד עם בעיות שכרגע אינן ניתנות לפתרון על ידי מחשבים קלאסיים, כמו אופטימיזציה של מערכות גדולות עבור לוגיסטיקה ורשתות אספקה, או פתרון בעיות מתמטיות מורכבות. יש לכך השלכות רחבות על מגזרים שונים, כולל תחבורה, אנרגיה ופיננסים.

חשוב גם להכיר בכך שאיננו יכולים לדעת מה שאיננו יכולים לדמיין. כלומר, יהיו עשרות התקדמות בלתי צפויות המתאפשרות באמצעות היכולות שיום אחד מספקת הטכנולוגיה הזו.

"מחשוב קוונטי הוא העתיד של המחשוב. זה יפתח אפשרויות חדשות לגילוי מדעי ולקדמה טכנולוגית שאנחנו אפילו לא יכולים לדמיין היום". – ארווינד קרישנה, ​​יו"ר ומנכ"ל IBM, בראיון ל-CNBC

עם מחשבים קוונטיים המייצגים הישג טכנולוגי כל כך מונומנטלי, אין זה צריך להתפלא שהיו, ונשארו, מכשולים ומגבלות משמעותיים שיש להתגבר עליהם בזמן. לדוגמה, מחשוב קוונטי מתמודד כיום עם אתגרים בתיקון שגיאות, מדרגיות ופיתוח אלגוריתמים מעשיים.

עם הזמן, ודאי יצוץ מכשולים אחרים, שהיו בלתי צפויים בעבר בשל הבנה בסיסית אך הולכת וגדלה של מכניקת הקוונטים. המורכבות והפוטנציאל של פיזיקת הקוונטים הודגשו בציטוט הבא.

"אם אתה חושב שאתה מבין מכניקת הקוונטים, אתה לא מבין מכניקת הקוונטים." – ריצ'רד פיינמן, חתן פרס נובל לפיזיקה

כפי שזה נראה, מגבלות אלה אומרות שמחשבים קוונטיים עדיין לא מוכנים לשימוש נרחב. עם ההתקדמות האחרונה, לוחות זמנים אופטימיים מצביעים על עוד עשור לפני שזה יקרה.

חינוך לכוח העבודה המחשוב הקוונטי העתידי

בעשורים האחרונים, נראה היה שהמחשוב הקוונטי נמצא בעתיד כה רחוק עד שהקורסים המלמדים אותו היו מעטים. כעת, כאשר עתיד בו הם נמצאים בפועל מתחיל להתמקד, הצורך להכשיר את הדור הבא של מדענים ומהנדסים שיהיו אחראים להמשך ההתקדמות הזו רק גובר. כתוצאה מכך, אוניברסיטאות רבות מציעות כעת קורסים ותכניות מיוחדות במחשוב קוונטי כדי להכין כוח עבודה מיומן לתחום מתפתח זה.

• המכון למחשוב קוונטי באוניברסיטת ווטרלו הוא דוגמה בולטת, המשלבת מחקר אקדמי עם דחף למסחור טכנולוגיה. במימון מייק לזארידיס, יוצר BlackBerry, היא מעסיקה כ-296 חוקרים ופרסמה למעלה מ-1,500 מאמרי מחקר.
• אוניברסיטת אוקספורד בעל היסטוריה ארוכה בתחום המחשוב הקוונטי, עם תרומות משמעותיות לתחום, כולל המחשב הקוונטי הראשון הפועל במצב טהור NMR.
• יוזמת הקוונטים של אוניברסיטת הרווארד מתמקדת בקידום המדע וההנדסה של מחשבים קוונטיים והיישומים שלהם, מתכוננת למה שהיא מכנה "המהפכה הקוונטית השנייה".
• המרכז לפיזיקה תיאורטית של MIT מעמיק במידע קוונטי ובמחשוב קוונטי, חוקר אלגוריתמים קוונטיים, תורת המידע הקוונטי ומימוש ניסיוני של מחשבים קוונטיים.
• האוניברסיטה הלאומית של סינגפור והמרכז לטכנולוגיות קוונטיות של האוניברסיטה הטכנולוגית נאניאנג ו מרכז ברקלי של אוניברסיטת קליפורניה למידע וחישוב קוונטי הם גם חלוצים בחינוך למחשוב קוונטי, תוך התמקדות במחקר ופיתוח של מכשירים קוונטיים.
• המכון הקוונטי המשותף של אוניברסיטת מרילנד משתף פעולה עם מוסדות גדולים כמו NIST ו-LPS, עורך תוכניות מחקר נרחבות המוקדשות לשליטה וניצול מערכות קוונטיות.

שחקני תעשייה מקדמים מחשוב קוונטי

בעוד שבתי הספר שהוזכרו לעיל עשויים להכשיר את הדור הבא של מומחי מחשוב קוונטי, החברות הבאות סוללות כעת את הדרך לעתיד הזה.

1.  תאגיד מכונות עסקיות בינלאומיות

תאגיד מכונות עסקיות בינלאומיות (יבמ +% 1.59)

יבמ כבר זמן רב מובילה בפיתוח מחשבים קוונטיים. החברה שואפת לדמוקרטיזציה של פיתוח מחשוב קוונטי באמצעות יוזמות כמו Qiskit Patterns. IBM גם הרחיבה את מפת הדרכים שלה להשגת מחשוב קוונטי מעשי בקנה מידה גדול, תוך התמקדות בארכיטקטורות מודולריות חדשות וברשתות שיוכלו לאפשר מערכות קוונטיות עם מאות אלפי קיוביטים, החיוניים ליישומים קוונטיים מעשיים.

2.  Microsoft Corporation

Microsoft Corporation (MSFT +% 1.19)

המאמצים של מיקרוסופט במחשוב קוונטי מתרכזים סביב אינטגרציה ושיתוף פעולה בענן. החברה הציגה ל-Azure Quantum מכונות קוונטיות עם הנפחים הקוונטיים הגבוהים ביותר בתעשייה, כולל שותפויות עם IonQ, Pasqal, Quantinuum, QCI ו-Rigetti. שילוב זה מקל על ניסויים ומהווה צעד לקראת מחשוב קוונטי בקנה מידה. מיקרוסופט מדגישה את החשיבות של מערכת אקולוגית גלובלית למימוש הפוטנציאל המלא של מחשוב קוונטי ומתכננת לספק את המכונה הקוונטית שלה כשירות ענן דרך Azure, תוך הבטחת שימוש בטוח ואחראי בטכנולוגיה המתפתחת הזו.

3.  אלפבית Inc.

אלפבית Inc. (GOOGL -0.65%)

אלפבית, באמצעות מעבדת ה-Google Quantum AI שלה, עשתה צעדים משמעותיים בתחום המחשוב הקוונטי. בשנת 2023, מדעני גוגל הכריזו על אבן דרך חשובה בהפחתת שיעור השגיאות במחשוב קוונטי, אתגר רב שנים בתחום. המחקר שלה, שפורסם בכתב העת Nature, מתאר מערכת המסוגלת להפחית משמעותית את שיעור השגיאות וליישם קודים לתיקון שגיאות שיכולים לזהות ולתקן שגיאות מבלי לפגוע במידע. בעבר, בשנת 2019, גוגל טענה שהשיגה "עליונות קוונטית" עם מכונת השקמה שלה, תוך ביצוע חישוב ב-200 שניות שהיה לוקח למחשב-על קונבנציונלי 10,000 שנים, והמחיש את הפוטנציאל של מחשוב קוונטי בפתרון בעיות מורכבות הרבה מעבר ליכולות של מחשוב מסורתי.

סיכום

מחשוב קוונטי מייצג קפיצת מדרגה פורצת דרך בעולם המחשוב, המציע פוטנציאל לחולל מהפכה בשפע של תחומים. בעוד שההתקדמות האחרונה של יבמ עם המעבדים הקוונטיים Heron ו-Condor מסמלת התקדמות משמעותית לקראת מחשוב קוונטי מעשי, הטכנולוגיה ממשיכה להתמודד עם אתגרים משמעותיים בתיקון שגיאות, מדרגיות ופיתוח אלגוריתמים – מה שמדגיש את הצורך במחקר וחדשנות מתמשך.

למרות שהאתגרים הללו נותרו נותרים, מחשוב קוונטי טומן בחובו הבטחה לפתיחת אפשרויות שאנו אפילו לא יכולים לדמיין היום, מה שפותח עידן חדש של גילוי מדעי והתקדמות טכנולוגית. מלוא הפוטנציאל שלו עדיין נפרש, והשפעתו על תעשיות שונות ועל החברה מבטיחה להיות עמוקה.