QM ו-Quantum X יבחנו תיקון שגיאות קוונטי מבוסס AI על חומרה אמיתית

שיתוף פעולה חדש בין Quantum X Labs לבין Quantum Machines נועד לבחון האם אלגוריתם בינה מלאכותית לתיקון שגיאות קוונטי מסוגל להתמודד עם נתונים אמיתיים ממערכות קוונטיות. המהלך משתלב במגמה גוברת בתעשייה של שילוב AI באחד התחומים החשובים ביותר בדרך למחשבים קוונטיים שימושיים: תיקון שגיאות.

Quantum X Labs הודיעה כי חתמה על הסכם שיתוף פעולה עם IQCC, מרכז המחשוב הקוונטי הישראלי של Quantum Machines. במסגרת ההסכם ישולב אלגוריתם תיקון השגיאות של החברה בפלטפורמת הבקרה OPX1000 של Quantum Machines, במטרה לבחון את ביצועיו בסביבה קוונטית אמיתית ולא רק בסימולציות.

הייחוד בשיתוף הפעולה הוא בכך שהוא מתמקד בשלב הוולידציה. בעוד שחלק גדול מהפיתוחים בתחום תיקון השגיאות נבחנים כיום בעיקר על נתונים סינתטיים או סימולציות מחשב, כאן המטרה היא לבחון כיצד האלגוריתם מתמודד עם רעש, שגיאות ותנאי עבודה אמיתיים של מערכות קוונטיות.

תיקון שגיאות נחשב לאחד האתגרים המרכזיים במחשוב קוונטי. קיוביטים רגישים מאוד להפרעות סביבתיות, ולכן מחשב קוונטי מעשי יידרש לזהות ולתקן שגיאות באופן רציף. האלגוריתם של Quantum X Labs אינו מבצע את התיקון עצמו, אלא פועל כ־Decoder – מערכת שמנתחת את דפוסי השגיאות ומנסה לקבוע מהו התיקון הנדרש.

לדברי החברה, המערכת מבוססת על Deep Transformer Decoder – ארכיטקטורת בינה מלאכותית המבוססת על מנגנוני Attention בדומה למודלי שפה גדולים. לאחרונה הודיעה החברה כי שילבה במערכת שלה את מאגר הנתונים הציבורי של Google Quantum AI עבור Surface Codes, הנחשב לאחד ממקורות המידע החשובים בתחום תיקון השגיאות הקוונטי.

בנוסף פיתחה החברה מנגנון Dynamic Attention Masking, שנועד לאפשר למודל להסתגל למבני קוד שונים ולמערכות קוונטיות בגדלים שונים. המשמעות היא שהמודל אינו לומד רק דפוסי שגיאה ספציפיים, אלא מנסה להבין את המבנה הפיזיקלי של מערכת הקוונטים עצמה.

הגישה הזו משקפת מגמה רחבה יותר בתעשייה. בשנים האחרונות גובר העניין בשימוש בבינה מלאכותית לצורך תיקון שגיאות קוונטי. Google הציגה את AlphaQubit, מערכת מבוססת AI שנועדה לשפר את יכולת זיהוי השגיאות במערכות קוונטיות, ואנבידיה הציגה השנה את Ising Decoder, פתרון המבוסס על רשתות נוירונים לצורך האצת תהליכי הדיקוד. במקביל, מספר מחקרים אקדמיים הצביעו על כך שמודלי Transformer עשויים לזהות דפוסי שגיאה מורכבים בצורה יעילה יותר מאלגוריתמים מסורתיים במקרים מסוימים.

כאן נכנסת לתמונה Quantum Machines. החברה הישראלית הפכה בשנים האחרונות לאחת השחקניות הבולטות בעולם תשתיות הבקרה הקוונטית. מערכות החברה משמשות מעבדות מחקר וחברות קוונטים ברחבי העולם, ומרכז הקוונטום הישראלי (IQCC) שהקימה מאפשר לחוקרים ולחברות לבחון טכנולוגיות חדשות על מגוון פלטפורמות קוונטיות.

עבור Quantum X Labs, הגישה לתשתית זו עשויה לספק את אחד המבחנים המשמעותיים ביותר לטכנולוגיה שלה עד כה. מעבר לשאלת הדיוק, החברה תוכל לבחון גם את מהירות העיבוד, זמני התגובה והיכולת של המערכת לפעול בתנאים הקרובים לאלו שיידרשו במערכות קוונטיות עתידיות.

Quantum X Labs היא חברה צעירה המחזיקה בטכנולוגיה שפותחה במקור באוניברסיטת תל אביב ומוסחרה באמצעות רמות, חברת מסחור הטכנולוגיות של האוניברסיטה. החברה מתמקדת בפיתוח פתרונות מבוססי בינה מלאכותית לתיקון שגיאות קוונטי, ורואה ב־AI מרכיב מרכזי בדרך לבניית מחשבים קוונטיים בקנה מידה גדול.

אם הניסוי המשותף יצליח, הוא עשוי לספק הוכחה ראשונה לכך שמודלי AI מסוג Transformer יכולים להתמודד בהצלחה עם נתוני חומרה קוונטית אמיתיים – צעד נוסף בדרך לפתרון אחת הבעיות הקשות ביותר בעולם המחשוב הקוונטי.

"ה-Windows של כל המחשבים הקוונטיים"

מייסדי קדמה (מימין לשמאל: נתנאל לינדנר (CTO) דורית אהרונוב (מדענית ראשית) אסיף סיני (מנכ"ל). קרדיט: אייל טואג

חברת IBM, הנחשבת לאחת המובילות בתחום המחשוב הקוונטי, הכריזה כי תטמיע את פתרון תיקון השגיאות של חברת קדמה (Qedma) הישראלית כחלק אינטגרלי משירותי המחשוב הקוונטי בענן שהיא מציעה. האינטגרציה תאפשר ללקוחות העושים שימוש בשירותי המחשוב הקוונטי של IBM, כדוגמת חוקרים, מדענים ומפתחים, לבצע אופטימיזציה של האלגוריתמים הקוונטיים שלהם באמצעות הפלטפורמה של קדמה: למזער את שיעור השגיאות ולשפר את איכות התוצאות שהם מפיקים.

יכולות העיבוד של מעבדים קוונטיים נמדדות לפי מספר הקיוביטים (Qbit) שהם כוללים. לכאורה, ככל שמספר הקיוביטים גדול יותר, המעבד הקוונטי מסוגל לבצע פעולות חישוביות מורכבות יותר. "הגביע הקדוש" בתחום הקוונטי הוא השגת "יתרון קוונטי" – כלומר, פיתוח מחשב קוונטי חזק ויציב שיציג עליונות חישובית למול כל מחשב-על קלאסי בפתרון בעיות מרובות משתנים.

אולם, הדרך לשם אינה עוברת רק בהגדלת מספר הקיוביטים, אלא במתן מענה לאחד מהאתגרים הגדולים בתחום: ריבוי שגיאות. בשל אי-היציבות המובנית של קיוביטים ורגישות-היתר שלהם להפרעות, הם נוטים לייצר שגיאות אקראיות, ובמעבר המידע בין קיוביט לקיוביט השגיאה המקורית גדלה באופן מעריכי ולכן התוצאה הסופית שמפיק המעבד הינה לעיתים "רעש" חסר פשר.

שותפות רבת-שנים עם יבמ

חברת קדמה פיתחה פתרון QESEM – Quantum Error Suppression and Error Mitigation. מדובר בתוכנה (הנגישה כשירות בענן) המסייעת להפחית באופן דרמטי את שיעור השגיאות. המשתמש שולח את האלגוריתם הקוונטי אל הפלטפורמה של קדמה, והיא מריצה אותו מספר פעמים על גבי המעבד הקוונטי שבאמצעותו מעוניין המשתמש להריץ את האלגוריתם. ההרצה המקדימה הזו מאפשרת לפלטפורמה של קדמה לאפיין את "הרעש" שמייצר האלגוריתם הספציפי במעבד הקוונטי הספציפי.

האיפיון הזה מאפשר לתקן את האלגוריתם עצמו וגם לבצע כיול עדין של האופן בו המעבד הקוונטי מריץ את האלגוריתם, כדי לנטרל עד כמה שניתן את הרעש ולשפר את התוצאה הסופית. בשיחה עם Techtime הסביר מנכ"ל ומייסד-משותף של קדמה, ד"ר אסיף סיני: "הפלטפורמה שלנו יודעת לספק למשתמש אלגוריתם נקי בדיוק של 99%. בלי תוכנת תיקון שגיאות כמו שלנו לא ניתן יהיה להשיג יתרון קוונטי. עם זאת, חשוב לציין שאם השגיאה הראשונית שמייצר המעבד הינה גדולה, גם תיקון שגיאות לא יעזור כדי להשיג תוצאה בעלת ערך. אולם המעבדים הקוונטיים של יבמ ביצעו קפיצת מדרגה מאוד משמעותית".

השקה משותפת של קדמה ויבמ

המעבד הקוונטי המתקדם ביותר של יבמ, Heron, מהיר פי 5 מהדור הקודם (Eagle). הוא הושק בדצמבר 2023 וכולל 133 קיוביטים. בעת השקתו הדגישה יבמ שהמעבד החדש מאופיין בשיעור שגיאות נמוך. חברת קדמה משפת פעולה עם יבמ כבר מספר שנים, והשתיים ביצעו שורה של הדגמות והוכחות היתכנות. במהלך השקת Heron, הדגימה קדמה כיצד שילוב התוכנה שלה והמעבד של יבמ מאפשר לפתור את בעיית "סימולציה המילטוניאנית". מדובר בבעיה פיזיקלית סבוכה שמטרתה לחשב את סך האנרגיה של מקבץ אטומים. החל מגודל מסוים, הבעיה הזו נחשבת לבלתי פתירה באמצעות מחשב-על קלאסי.

סיני: "השותפות שלנו עם יבמ מבוססת על אמון רב שנים. הצגנו להם לאורך השנים את הפתרונות שלנו, והם התרשמו מהתוצאות. לבסוף הם החליטו לבצע אינטגרציה של המוצר שלנו ולהנגיש אותו לכל הלקוחות המשתמשים במחשבים הקוונטיים שלהם. לשיתוף הפעולה יש גם אופק קדימה". הפלטפורמה של קדמה מותאמת לעבודה עם סוגים שונים של קיוביטים, החל מקיוביטים המבוססים על מוליכי-על ועד יונים כלואים. "השאיפה שלנו היא להפוך למערכת ההפעלה האגנוסיטית של מחשבים קוונטיים, כמו מעמדה של Windows בעולם המחשבים האישיים".

חברת Qedma הוקמה ב-2020 על-ידי המנכ"ל ד"ר אסיף סיני, בוגר תלפיות, חוקר לשעבר ב-Magic Leap, ובוגר מכון וייצמן; המדענית הראשית פרופ' דורית אהרונוב מהאוניברסיטה העברית, הנחשבת לחוקרת קוונטים בעלת שם עולמי ועל-ידי ה-CTO של החברה, פרופ' נתנאל לינדנר מהטכניון, המתמחה במערכות קוונטיות מורכבות. החברה מעסיקה 27 עובדים, רובם בישראל.