מחשבים קוונטיים נחשבים לטכנולוגיה שתשנה את העולם - מגילוי תרופות חדשות ועד שבירת צפנים ופיתוח חומרים מהפכניים. אבל יש להם בעיה קריטית: קיוביטים, הביטים הקוונטיים שהם הלב הפועם של המחשבים האלה, רגישים מאוד לרעש סביבתי. כל הפרעה קטנה - תנודת טמפרטורה, רעידה מכנית או שדה אלקטרומגנטי - יכולה לגרום לשגיאות ולהרוס את החישוב.

כדי להתגבר על הבעיה, פיתחו מדענים רעיון שנקרא "תיקון שגיאות קוונטי" - שימוש במספר קיוביטים פיזיים כדי לייצג קיוביט "לוגי" אחד שעמיד יותר לשגיאות. אבל עד עכשיו איש לא הצליח להדגים שזה באמת עובד בפועל. בסוף השנה שעברה, שני צוותים שונים - אחד מגוגל ואחד מהרווארד - עשו בדיוק את זה, והפכו את השנה הזו לנקודת מפנה בהיסטוריה של המחשוב הקוונטי.

שבב ווילו של גוגל: "הקיוביט הלוגי המשכנע ביותר"

בדצמבר 2024, Google Quantum AI חשפה את ווילו (Willow) - שבב קוונטי חדש עם 105 קיוביטים על-מוליכים. אבל המספר הזה לא היה החדשות הגדולות. מה שהפתיע את כולם היה ההוכחה שככל שמוסיפים יותר קיוביטים פיזיים לקיוביט לוגי, שיעור השגיאות יורד באופן מעריכי - בדיוק כפי שהתיאוריה חזתה לפני כמעט 30 שנה.

הרטמוט נבן, מייסד ומוביל Google Quantum AI, תיאר את הרגע: "אני מרגיש שכל הקהילה נושמת לרווחה כי זה מראה שתיקון שגיאות קוונטי אכן יכול לעבוד בפועל. המערכת שלנו היא הקיוביט הלוגי המשכנע ביותר שנבנה היום. זה סימן חזק שאכן ניתן לבנות מחשבים קוונטיים גדולים ושימושיים. Willow מקרב אותנו להרצת אלגוריתמים מעשיים ורלוונטיים מסחרית, שלא ניתן לשכפל על מחשבים קונבנציונליים".

• הכסף ממשיך לזרום לחברות הקוונטים
• מניית IONQ מזנקת: "אנחנו השלב הבא במהפכת המחשוב"
• המלצת המערכת: כל הכותרות 24/7

ד"ר קווין סאטצינגר, פיזיקאי ב-Google Quantum AI, הוסיף: "תוצאה זו היא מה שמשכנע אותי שאנחנו באמת יכולים לבנות מחשב קוונטי גדול שיעבוד". עוד הישג מרשים: הקיוביט הלוגי על Willow שורד זמן ממושך פי 2.4 מהקיוביט הפיזי הטוב ביותר שמרכיב אותו - משהו שמעולם לא הושג קודם.

במקביל לעבודה של גוגל, צוות מאוניברסיטת הרווארד, MIT וחברת QuEra Computing הלך בכיוון שונה לחלוטין. במקום קיוביטים על-מוליכים, הם השתמשו באטומים נייטרליים - אטומי רובידיום הלכודים באור לייזר.

פרופ' מיכאיל לוקין מהרווארד ודולב בלובשטיין, יחד עם עמיתיהם, הדגימו תיקון שגיאות קוונטי על מעבד אטומי עם 48 קיוביטים לוגיים - מספר חסר תקדים. התוצאות, שפורסמו ב-Nature מוקדם יותר ב-2024, הראו שניתן להריץ אלגוריתמים באמצעות עשרות קיוביטים לוגיים במערכת אמיתית.

• רק דקירה קטנה: בדיקת דם פשוטה יכולה לזהות אלצהיימר בדיוק של 90% - יותר מאשר מומחים
• לחיות עד גיל 100: מה הסוד ואיך כל אחד יכול להוסיף שנים בריאות לחיים?
• תוכן שיווקי שוק הסקנדרי בישראל: הציבור יכול כעת להשקיע ב-SpaceX של אילון מאסק
• גלו את סוד הזיכרון: מחקרים מהפכניים חושפים כיצד להכפיל את...

Physics World, אחד מכתבי העת היוקרתיים בפיזיקה, בחר בשני ההישגים יחד כ"פריצת הדרך של השנה 2024": "שתי הקבוצות האלה, שעובדות עם מערכות קוונטיות שונות מאוד, נקטו צעדים משמעותיים להתגבר על האתגר הזה. בכך, הן אפשרו את מימוש הרעיון שמחשבים קוונטיים יהפכו למכונות מעשיות לפתרון בעיות, ולא רק לכלים רועשים בקנה מידה בינוני למחקר מדעי".

שלב חדש ומרגש במירוץ

יובל בוגר, מנהל מסחרי ראשי ב-QuEra Computing, נשמע מאופק יותר: "האם אני יכול לפתור היום בעיה שלא יכולתי לפתור אתמול? התשובה היא לא. שום דבר לא השתנה במובן הזה, אבל הם עברו עוד נקודת ציון".

בוגר מסביר: "נקודת הציון הראשונה הייתה להבין אם מחשוב קוונטי בכלל עובד. זה כבר הוכרע - הוא עובד. נקודת הציון השנייה היא אם ניתן לתקן שגיאות. נקודת הציון הזו הושגה השנה - השבוע על ידי גוגל, ומוקדם יותר על ידי החברה שלנו." QuEra הציבה יעד להגיע ל-100 קיוביטים לוגיים עד 2026.

פרופ' סקוט ארונסון, מדען מחשב תיאורטי מאוניברסיטת טקסס באוסטין, אמר שהעבודה "מייצגת בבירור אבן דרך מרגשת בתחום", אבל הוא גם ציין שחוקרים המשתמשים בסוגים אחרים של קיוביטים, מתקרבים גם הם לתיקון שגיאות מעשי.

נבן שיתף את מפת הדרך של גוגל: "כעת יש לנו את אבן היסוד ביד, כמעט מוכנה להרחבה למכונות גדולות. וכל מפות הדרך פורסמו ב-2020. חשוב לשים לב שאנחנו די מתקדמים לפי מה שתכננו. מכונת אבן הדרך הגדולה, עם 100 או אפילו 1,000 קיוביטים לוגיים, צפויה להופיע איפשהו לקראת סוף העשור".

נבן הוסיף על הפוטנציאל: "מכשיר עם 1,000 קיוביטים לוגיים יוכל לבצע חישובים שימושיים לפיתוח תרופות חדשות או חומרים חדשים לסוללות". עם זאת, ד"ר קנת בראון מאוניברסיטת דיוק מזהיר שיש עוד דרך ארוכה לעשות: "כדי להריץ אלגוריתמים עם תועלת מעשית מובטחת, מחשב קוונטי צריך לבצע כמיליארד פעולות לוגיות. ואף אחד עדיין לא קרוב למיליארד פעולות".

ג'ריי גמבטה, סגן נשיא IBM Quantum, מזהיר גם הוא מפני השאננות יתר: "אני פשוט לא רוצה שיחשבו שתיקון השגיאות הושלם. פיתוח חומרה לוקח הרבה זמן כי המחזור של תכנון, בנייה ופתרון בעיות גוזל זמן, במיוחד בהשוואה לפיתוח תוכנה. אני לא חושב שזה ייחודי לקוונטי".

ג'וליאן קלי, מנהל חומרה קוונטית בגוגל, סיכם את המשמעות: "אם אתה מכיר את Sycamore (המעבד הקוונטי הקודם של גוגל), Willow הוא בעצם כל מה שטוב ב-Sycamore, רק עכשיו עם קיוביטים טובים יותר ורבים יותר. ברגע שאתה עובר את הסף הקריטי הזה, שיפורים קטנים במעבד שלך מוגברים באופן מעריכי על ידי תיקון שגיאות קוונטי." המירוץ לבניית מחשב קוונטי מעשי נכנס לשלב חדש ומרגש.

כך או אחרת, מאז אנחנו במפץ גדול. מניות הקוואנטים זינקו באלפי אחוזים, יש עסקאות, שת"פים וכולם מדברים על המהפכה הגדולה באמת שתגיע עוד כמה שנים - המהפכה הקוואנטית. הנה אייטמים אחרונים בתחום: מחשוב קוונטי