בדרך למחשב קוונטי ענק: IBM פתרה בעיית קירור מרכזית
החברה הצליחה לחבר שתי מערכות קירור ולשמור על טמפרטורה הקרובה לאפס המוחלט; הטכנולוגיה אמורה לאפשר לחבר כמה מעבדים קוונטיים למערכת אחת, בדרך למחשב עם אלפי קיוביטים וליעד הגדול ש-IBM מתכננת להשיק ב-2029
IBM מתקדמת בפתרון של אחת הבעיות המרכזיות בדרך לבניית מחשבים קוונטיים גדולים: איך להפעיל כמה מעבדים קוונטיים יחד, בתוך אותה סביבת קירור קיצונית. החברה הצליחה לחבר שתי מערכות קירור נפרדות למערכת אחת ולהוריד את שתיהן לטמפרטורה של פחות מ-15 מיליקלווין - כ-0.015 קלווין, או בערך מינוס 273.135 מעלות צלזיוס.
המטרה כאן אינה לשבור שיא בקור. מחשבים קוונטיים שמבוססים על קיוביטים מוליכי־על חייבים לפעול בטמפרטורות נמוכות מאוד, וככל שמוסיפים יותר שבבים, חיבורים וקווי בקרה, כך צריך יותר מקום - בלי לפגוע ביציבות של סביבת העבודה. שתי יחידות הקירור שחיברה IBM הן בגובה וברוחב של יותר מ-2.4 מטר, והן תוכננו לעבוד יחד כמערכת אחת.
בכל אחת מהיחידות יש מקום לחיווט גדול עד פי 12 לעומת מערכות הקירור שבהן IBM משתמשת כיום. התוספת הזו חשובה משום שמחשב קוונטי גדול דורש מספר עצום של חיבורים בין המעבדים, מערכות הבקרה והרכיבים השונים. הרעיון של IBM הוא לבנות את המערכת בצורה מודולרית - להוסיף יחידות קירור ומעבדים זו לצד זו, במקום לנסות להגדיל בלי סוף שבב אחד.
איך מגיעים מ-120 ליותר מ-1,000 קיוביטים?
IBM מנסה לעקוף את מגבלת הגודל של שבב יחיד באמצעות חיבור של כמה מעבדים קוונטיים. לצורך זה היא מפתחת רכיבים בשם L-couplers, שנועדו להעביר מידע בין מודולים ולאפשר לכמה שבבים להשתתף באותו חישוב.
במהלך 2026 מתכננת החברה להרחיב את השימוש במעבדי Nighthawk, שכל אחד מהם כולל 120 קיוביטים ניתנים לתכנות. לפי מפת הדרכים של IBM, המערכות אמורות להגיע השנה לעד 7,500 שערים קוונטיים על פני עד שלושה מודולים. ב-2027 היעד הוא יותר מ-1,000 קיוביטים ועד 10,000 שערים, וב-2028 עד 1,080 קיוביטים ועד 15 אלף שערים.
המערכות האלה עדיין אינן מחשבים קוונטיים עמידים לשגיאות. Nighthawk נועד לאפשר ל-IBM להגדיל בהדרגה את כוח החישוב, בזמן שמעבדים אחרים שהחברה מפתחת אמורים לבדוק טכנולוגיות של תיקון שגיאות וקישור בין מודולים.
IBM תשקיע יותר מ-10 מיליארד דולר במחשוב קוונטי עד 2029, כחלק מתוכנית חמש-שנתית שכוללת מחקר ופיתוח, ייצור, השקעות ורכישות. המשמעות היא שהחברה לא יכולה להסתפק רק בהוספת קיוביטים: היא צריכה במקביל לשפר גם את תיקון השגיאות, את הקישוריות ואת התוכנה שמפעילה את המערכות.
למה הקירור הוא חלק מרכזי בדרך ליעד של 2029?
IBM מתכננת להשיק ב-2029 מחשב קוונטי בשם Starling. לפי החברה, הוא אמור להיות מסוגל לבצע חישובים מורכבים בהרבה מאלה שמחשבים קוונטיים עושים כיום.
כדי להגיע לשם, IBM לא יכולה להסתפק בהוספת עוד ועוד קיוביטים לשבב אחד. המערכת תצטרך לחבר יחד מספר גדול של רכיבים, שבבים ומערכות בקרה - וכולם חייבים לפעול בתנאי קירור קיצוניים, קרוב מאוד לאפס המוחלט.
זו בדיוק החשיבות של מערכת הקירור החדשה. היא נועדה לאפשר ל־IBM לחבר כמה יחידות ומעבדים לאותה סביבת עבודה, במקום לנסות לבנות מחשב גדול סביב שבב יחיד.
IBM מתכננת להגיע ליעד הזה בהדרגה. ב-2026 היא רוצה להדגים רכיבים שיאפשרו עיבוד וזיכרון קוונטי, ב-2027 להראות חיבור בין כמה יחידות, וב-2028 להתקדם למערכת שמסוגלת להתמודד טוב יותר עם שגיאות. ב-2029 אמור Starling לחבר את כל היכולות האלה למערכת אחת גדולה.
במקביל, החברה מנסה להוכיח שהמערכות שלה מסוגלות לבצע חישובים מורכבים בצורה אמינה יותר. בסוף יולי פורסמו כמה הדגמות כאלה, ובאחת מהן השתתפה גם Qedma הישראלית לצד IBM.
לכן, ההישג הנוכחי בקירור חשוב לא בגלל הטמפרטורה עצמה, אלא בגלל מה שהוא מאפשר בהמשך. ככל שהמחשב הקוונטי גדל, צריך יותר מקום, יותר חיבורים ויותר מערכות בקרה - והכול חייב להישאר קר ויציב. אם IBM תצליח לשמור על התנאים האלה גם כשהמערכת תגדל, היא תוכל להתקרב ליעד שלה ל-2029.
