IBM: לראשונה מחשב קוונטי פתר בעיה מורכבת - וגם הוכיח שהתשובה נכונה

IBM ושותפותיה הציגו היום שלוש הדגמות נפרדות של עליונות קוונטית, שבהן מחשבים קוונטיים ביצעו חישובים שאינם מעשיים עבור מחשבים קלאסיים, כולל מחשבי-על מתקדמים - וחשוב מכך, הם גם אפשרו לאמת את התוצאות שהתקבלו.

ההישג נחשב לאחת מנקודות המפתח בהתפתחות התחום, שכן עד היום אחד החסמים המרכזיים בפני שימוש רחב במחשוב קוונטי היה שאלת האמינות: כיצד ניתן לדעת שתוצאה שמפיק מחשב קוונטי, כאשר המערכת גדולה ומורכבת מדי לבדיקה באמצעות מחשב רגיל, אכן נכונה.

הדגמות של יתרון קוונטי כבר בוצעו בעבר, אך ככל שהבעיות שנפתרות נעשות מורכבות יותר, כך הופכת הסימולציה באמצעות מחשבים קלאסיים לאיטית ויקרה יותר - ובשלב מסוים אינה אפשרית כלל. במצב כזה קשה להבחין בין פריצת דרך אמיתית לבין תוצאה שנובעת משגיאה בחישוב.

הניסויים החדשים של IBM ושותפותיה נועדו להתמודד בדיוק עם הבעיה הזו: בכל אחת מההדגמות הצליח מחשב קוונטי לבצע משימה מעבר ליכולת של השיטות הקלאסיות המובילות, ובמקביל כלל מנגנון המאפשר לבדוק את אמינות התוצאה.

"אנחנו נמצאים כעת, באופן מוצק, בעידן העליונות הקוונטית", אמר ג'יי גמבטה, מנהל חטיבת המחקר של IBM. "הדגמנו חישובים קוונטיים שמעבר ליכולות המעשיות של מחשבים קלאסיים, וביססנו רף תחתון לרמת הדיוק שבה בוצעו. אבן הדרך הזו מעניקה למדענים, למפתחים ולעסקים בסיס חדש לאמון במחשבים קוונטיים".

שילוב ראשון של חומרה ותוכנה מסחרית להשגת יתרון קוונטי

באחת ההדגמות, IBM והחברה הישראלית Qedma הציגו יתרון קוונטי בתחום הפיזיקה של החומר. הצוות שילב את תוכנת QESEM של Qedma עם מחשבים קוונטיים של IBM המבוססים על מעבד IBM Quantum Heron, ובחן מערכות של עד 74 קיוביטים.

הניסוי התמקד במודל פיזיקלי המשמש חוקרים לבחינת האופן שבו תכונות מגנטיות של חומרים משתנות כאשר הם נחשפים לפולסים חיצוניים. ככל שהמערכת גדלה, השיטות הקלאסיות התקשו לספק תוצאות עקביות, גם בהרצה על Fugaku – אחד ממחשבי-העל החזקים בעולם.

לעומת זאת, החישוב הקוונטי הציג התנהגות עקבית לאורך זמן. תוצאות הניסוי אומתו גם באמצעות פלטפורמה קוונטית של חברת Quantinuum.

Qedma, שנוסדה בשנת 2020 על ידי ד"ר אסיף סיני, פרופ' דורית אהרונוב ופרופ' נתנאל לינדנר, מפתחת תוכנות להפחתת שגיאות בחישוב קוונטי. לפי החברה, זו הפעם הראשונה שבה הושג יתרון קוונטי באמצעות שילוב של חומרה ותוכנה הזמינות באופן מסחרי.

• IBM חותכת תחזית: מכירות המיינפריים צנחו 42% והמניה איבדה 30% השנה
• הסימן המדאיג לחברות התוכנה ושירותי ה-IT - האם הצרות ב-IBM הן של הענף כולו?

מחשב קוונטי פתר בכמה דקות משימה שמחשב קלאסי לא הצליח לשחזר

בהדגמה נוספת, IBM ואוניברסיטת שיקגו פיתחו שיטת חישוב חדשה שנועדה לפתור את אחת הבעיות המרכזיות בתחום – אימות תוצאות של חישובים קוונטיים מורכבים.

במשך שנים נעשה שימוש בשיטה המכונה Random Circuit Sampling כדי לבחון את היכולת של מחשבים קוונטיים להתמודד עם משימות שמעבר ליכולת של מחשבים קלאסיים. אלא שככל שהמשימה גדלה, כך הופך גם תהליך הבדיקה שלה לבלתי אפשרי.

הצוות פיתח חלופה לשיטה זו, אשר שומרת על רמת קושי דומה אך מאפשרת לזהות שגיאות במהלך החישוב.

במסגרת הניסוי הופעלו 70 קיוביטים לוגיים, שאפשרו ביצוע של 2,415 פעולות לוגיות בין זוגות קיוביטים ו-468 "שערי T" לוגיים – מדדים המשמשים להערכת מורכבות של מעגל קוונטי.

המחשב הקוונטי השלים את המשימה בפחות מ-15 דקות, בעוד שסימולציות קלאסיות מובילות דרשו זמני חישוב שאינם מעשיים.

• בזק בינלאומי מאחדת את פעילות הענן: Cloudojo ו-CloudEdge ימוזגו לחברה אחת
• סוכן AI יצא משליטה ופרץ בעצמו לאתר חיצוני - והישראלית שחוסמת את זה גייסה 113 מיליון דולר

גם ללא מחשב קלאסי להשוואה - התוצאה ניתנת לאימות

בהדגמה השלישית, IBM ו-Algorithmiq הציגו גישה אחרת לאימות חישובים קוונטיים, גם במקרים שבהם אין שיטה קלאסית המסוגלת לשחזר את התוצאה.

הניסוי עסק בשאלה כיצד מידע, אנרגיה וחלקיקים נעים בתוך חומרים - תחום בעל חשיבות למחקר ופיתוח של חומרים חדשים, אך כזה שקשה לבצע עבורו סימולציות באמצעות מחשבים רגילים.

הצוות הראה כי המודל של Algorithmiq, שפעל על מחשבים קוונטיים של IBM עם מעבד IBM Quantum Heron, הצליח לפתור את הבעיה ולשלב את תהליך האימות בתוך החישוב עצמו.

התוצאות פורסמו לפני כשמונה חודשים ב-Quantum Advantage Tracker, ועד כה לא הצליחה אף שיטה קלאסית לשחזר אותן באופן מהימן בכל טווח הבעיה שנבדק. בנוסף, שיטות קלאסיות שונות סיפקו תחזיות סותרות עבור אותם גדלים.

היכולת להתמודד עם שגיאות ולספק ודאות לגבי תוצאות החישוב נחשבת תנאי מרכזי להרחבת השימוש במחשוב קוונטי בתעשייה. ללא יכולת אימות, חברות המעוניינות להשתמש במחשבים קוונטיים לפיתוח חומרים, סוללות או רכיבים חדשים נדרשו להסתמך על התוצאות שהתקבלו בניסוי.

ההדגמות החדשות מצביעות על מעבר של התחום משלב הוכחת היכולת הטכנולוגית לשלב שבו השאלה המרכזית היא אילו בעיות מורכבות ניתן יהיה לפתור באמצעותו בפועל.