אינטל חשפה שבב ניסויי לייצור מחשבים קוונטיים

11 אוקטובר, 2017

אינטל פיתחה שבב המאפשר לנהל מערך של 17 קיוביט במחשב קוונטי, שאותו היא מפתחת ביחד עם מעבדת QuTech ההולנדית. השבב מיועד לפעול בטמפרטורה של 20 מילי-קלווין, הקרובה לאפס המוחלט

Share via Whatsapp
Intel Delivers 17-Qubit Superconducting Chip

חברת אינטל (Intel) חשפה אתמול שבב ניסוי ראשון המאפשר לייצר מחשב קוונטי בעוצמה של 17 קיוביט (Qubit). השבב פותח בשיתוף פעולה עם מעבדות QuTech מאוניברסיטת דלפט בהולנד. השבב מבוסס על ארכיטקטורה חדשה המאפשרת אמינות וביצועים תרמיים משופרים והפרעות רדיו פחותות בין יחידות הקיוביט השונות ולפעול בטמפרטורה של 20 מילי-קלווין, הקרובה לאפס המוחלט. שיתוף הפעולה בין אינטל ו-QuTech החל בשנת 2015 כאשר אינטל התחייבה לבצע במעבדה השקעה של 50 מיליון דולר במשך 10 שנים. מאז הושגו מספר התקדמויות משמעותיות: הודגמה יכולת ייצור Qubits יציבים ומערכת בקרה משולבת עם אמצעי קירור, ועד ייצור Spin Qubit בתהליכי ייצור שבבים בפרוסות סיליקון של 300mm, הדומים מאוד תהליכי ייצור הסיליקון הקונבנציונליים של אינטל. בחודש ספטמבר האחרון דיווחו החוקרים על שבב המאפשר לנהל יחידות של 8 קיוביט, אשר יכול לשמש אבן בניין של מערכים גדולים מאוד באמצעות קישור בין מספר שבבים.

מהו מחשב קוונטי ומהו קיוביט

מחשב קוונטי מבוסס על תכונות של חלקיקים המופיעות בסדרי גודל שבהם מכניקת הקוונטים קובעת את תכונות החומר. למחשבים קוונטיים יש יכולת חזקה במיוחד להתמודד עם בעיות סבוכות הדושדות אופטימיזציה ולפתח טכנולוגיות תקשורת עמידות בפני ציטוט ופיענוח. מכניקת הקוונטים מאפשרת לחלקיקים זעירים להיות במספר מצבים שונים בו-זמנית (בהתאם להסתברויות שונות). לשם המחשה: לאלקטרון קיימת תכונה הנקראת ספין (Spin) המבטאת את התנע הפנימי שלו ביחס לשדה מגנטי נתון. הוא יכול להיות בשני מצבי ספין בו-זמנית (שכל אחד מהם מייצג "1" או "0" במערכת מיחשוב קוונטית), ורק כאשר נמדד מצב הספין שלו, הוא "קורס" לאחד מהמצבים הסופיים.

The Intel Quantum Chipהתכונה הזו נקראת מערכת שני מצבים (two-level system). ניתן לייצר מערכת כזו באמצעים שונים: שליטה באלקטרון יחיד, שליטה בפוטון יחיד, שליטה בגרעין של אטום בודד, באמצעות צומת ג'וזפסון (Josephson junction) של חומרים שהם מוליכי-על, ובאמצעות גרעין קוונטי (Quantum Dot) שהוא צומת מוליך-למחצה זעיר שבו האקסיטון (הצמד "חור" ואלקטרון) מוגבל משלושה כיוונים. מדובר בטיפת חומר זעירה (5-10 ננומטרים) שניתן ליצרה בטכניקות סמיקונדקטור סטנדרטיות תוך כדי שליטה מלאה ומדוייקת על רמות האנרגיה הנחוצות כדי לשחרר ממנו אלקטרון.

הקשר בין יחידות המידע הבסיסיות מושג באמצעות תופעה נוספת מתחום מכניקת הקוונטים, הקרויה שזירה קוונטית (Quantum Entanglement), שלפיה קיימת תלות בין המצבים הקוונטיים של שניים או יותר עצמים זעירים. השילוב של מספר עצמים קוונטיים מייצר את יכולת החישוב המופלאה של מחשב קוונטי. יחידת החישוב הבסיסית של מחשוב קוונטי היא קיוביט (Qubit) וייחודה בכך שהיא יכולה להציג ערכים של "1" ו-"0" בו-זמנית. לכן שני קיוביטים יכולים לייצג ארבעה מצבים, וכן הלאה.

המחשב המקבילי האולטימטיבי

למעשה, מחשב קוונטי יכול להיות בו-זמנית ב-2 בחזקת n קיוביט מצבים בו-זמנית – ולספק פתרון כמעט מיידי לבעיה בעלת מספר עצום של משתנים. מחשבים קוונטיים פותחים אפשרויות חדשות בתחומי האופטימיזציה והסימולציה. לשם המחשה: בעבר יבמ העריכה שמחשב קוונטי המשלב 50 סיביות קוונטיות בלבד (50Qubit) יהיה חזק מכל 500 מחשבי-העל החזקים ביותר בעולם – ביחד. אלא שכדי לממש מחשב קוונטי הכולל מספר גדול של קיוביט יש צורך להתגבר על בעיות רבות. המידע הקוונטי רגיש במיוחד, משום שבכל הטכנולוגיות המוכרות הסיביות הקוונטיות הן רגישות מאוד (Fragile) וחשופות לאבדן המידע בכל אינטראקציה עם חומר, חום או קרינה אלקטרומגנטית.

כדי להפעיל מחשב קוונטי, יש צורך במערכת הפועלת בטמפרטורות נמכוות מאוד הקרובות לאפס המוחלט, לנהל את הסיביות באופן שבו הן לא יאבדו את המידע ובמקביל גם לפתח מערכת לתיקון שגיאות, להגן עליהן מפני אינטראקציה עם הסביבה, לפתח מערכת המאפשרת להזין אליהן מידע באופן אמין כדי להפעיל אלגוריתמים ומערכת מדידה המאפשרת לקבל את תוצאת החישוב. מההודעה של אינטל ניתן ללמוד שהשבב מתמודד עם חלק גדול מהמטלות האלה: "כעת ימשיך הצוות בהולנד לבדוק את השבב כדי לראות את טיב הביצועים של ה-Qubits ושל השזירה ביניהם. במקביל, הצוות של אינטל באורגון ובאריזונה ימשיך לשפר את תהליכי הייצור של השבבים והמארזים כדי להגיע למספר גדול יותר של Qubits".

המיחשוב הקלאסי חסר-תחליף

אינטל מסרה, בין השאר, שהשבב מבוסס על טכנולוגיית אריזה המיועדת לפעול בתנאי הקור הקיצוניים הדרושים להפעלת מחשב קוונטי. "שבב המבחן הזה יאפשר לנו להתמקד בחיבור, בקרה ומדידת מספר רב של Qubits השזורים (entangled) זה בזה בדרך לתוכנית תיקון שגיאות", אמר פרופסור לאו דיקרלו מ-QuTech. להערכת אינטל, מערכות קוונטיות לא יגיעו לשלב ייצור מסחרי כל עוד לא יושגו כמיליון Entangled Qubits. אינטל לא דיווחה מהי הטכנולוגיה שבאמצעותה היא ייצרה את יחידות הקיוביט, אולם העריכה שמחשבים קוונטיים לא יחליפו את הצורך במחשוב סטנדרטי. "בעתיד ניתן יהיה להיכנס למערכות קוונטיות דרך הענן ולהשתמש בהן כמאיצים לצד שרתים ומערכות מחשוב קלאסיות אחרות".  

חתך עקרוני של שבב המיחשוב הקוונטי של אינטל: 

שבב המחשב הקוונטי של אינטל

 

פורסם בקטגוריות: חדשות , מחשבים ומערכות משובצות , סמיקונדקטורס