Qedma משלבת את טכנולוגיית הפחתת השגיאות שלה ב-CUDA-Q של אנבידיה

[בתמונה: מייסדי קדמה. קרדיט צילום: אייל טאוג]

חברת הקוונטים הישראלית Qedma הודיעה על שילוב תוכנת הפחתת השגיאות שלה, QESEM, בפלטפורמת CUDA-Q של אנבידיה. האינטגרציה מאפשרת למפתחים המשתמשים ב-CUDA-Q להפעיל את מנגנוני הפחתת השגיאות של Qedma כחלק מזרימת העבודה הקיימת שלהם, ובכך להריץ חישובים קוונטיים גדולים ומורכבים יותר ברמת דיוק גבוהה יותר. בשלב הראשון, האינטגרציה זמינה להרצה על מחשבי הקוונטים של Quantinuum, ובהמשך מתכננת Qedma להרחיבה לפלטפורמות חומרה נוספות.

CUDA-Q היא פלטפורמת קוד פתוח שבאמצעותה מנסה אנבידיה ליצור סביבת פיתוח משותפת למחשוב היברידי, המשלב CPU, מאיצי GPU ומעבדים קוונטיים, QPU. ההכרזה של Qedma מגיעה במקביל להרחבה משמעותית של הפלטפורמה מצד אנבידיה. השבוע היא חשפה את CUDA-Q Logical, שכבת תוכנה חדשה המיועדת לפיתוח והרצה עתידיים של יישומים על מחשבים קוונטיים עמידים לשגיאות, המבוססים על קיוביטים לוגיים. אנבידיה אף ציינה את Qedma כאחת החברות המשלבות את הטכנולוגיה שלהן באקוסיסטם של CUDA-Q.

השותפות עם Quantinuum מתהדקת

הבחירה להתחיל דווקא עם Quantinuum אינה מקרית. Qedma היא חברה מייסדת בתוכנית השותפים לסטארטאפים של Quantinuum, וביולי הודיעו השתיים על השלמת אינטגרציה טכנית שעליה עבדו במשך כשנה. בעקבותיה הפכה QESEM לזמינה מסחרית ללקוחות Quantinuum.

החיבור בין החברות משלב שתי גישות משלימות לשיפור אמינות החישוב. Quantinuum מפתחת מחשבים המבוססים על trapped ions ונחשבת לאחת החברות המובילות בענף מבחינת דיוק פעולות הקיוביטים. Qedma פועלת שכבה אחת מעל החומרה: במקום לתקן פיזית כל שגיאה, QESEM מנתחת ומפחיתה את השפעת הרעש על תוצאת החישוב. כך היא מיועדת לגשר על התקופה הנוכחית, שבה החומרה עדיין אינה מאפשרת תיקון שגיאות מלא בקנה מידה גדול.

החיבור החדש יוצר למעשה שרשרת טכנולוגית אחת: CUDA-Q מספקת את סביבת הפיתוח ההיברידית, QESEM של Qedma מטפלת בהפחתת השגיאות, ו-Quantinuum מספקת את המעבד הקוונטי שעליו מתבצע החישוב. במקביל, אנבידיה בונה באמצעות CUDA-Q Logical את התשתית לעידן הבא, שבו תיקון שגיאות מלא ו-Fault Tolerance יהפכו לחלק מובנה ממערכות קוונטיות.

מ-IBM ועד כימיה קוונטית

המהלך עם אנבידיה מצטרף לרצף התפתחויות עבור Qedma בחודשים האחרונים. בסוף יולי דיווחה החברה יחד עם IBM על ניסוי שבו הופעלה QESEM על מעבדי IBM Quantum Heron לצורך סימולציה של דינמיקה בחומרים קוונטיים במערכות של עד 74 קיוביטים. החוקרים הגיעו לטווח שבו שיטות סימולציה קלאסיות מובילות, לרבות חישובים שבוצעו באמצעות מחשב-העל Fugaku ומאיצי NVIDIA H100, כבר לא סיפקו תוצאות עקביות. חלק מהתוצאות אומתו באופן בלתי תלוי גם על מחשבי trapped-ion של Quantinuum.

בשבוע שעבר הציגה Qedma גם תוצאות בתחום הכימיה הקוונטית יחד עם חוקרים מאוניברסיטת קופנהגן, האוניברסיטה הטכנית של דנמרק ואוניברסיטת דרום דנמרק. בניסוי, שבוצע על מעבד Aachen של IBM וחישב את משטח האנרגיה של מולקולת מים, השימוש ב-QESEM שיפר לפי החוקרים את הדיוק פי 30–50 בהשוואה לתוצאות הגולמיות ללא הפחתת שגיאות.

הרצף הזה ממחיש את האסטרטגיה של Qedma: במקום להיצמד לארכיטקטורת חומרה אחת, החברה מבקשת למקם את QESEM כשכבת תוכנה רוחבית בין יישומים לבין המעבד הקוונטי. היא כבר משולבת ב-Qiskit Functions של IBM, זמינה ללקוחות Quantinuum, וכעת נכנסת גם ל-CUDA-Q של אנבידיה. אם המודל הזה יתבסס, Qedma עשויה למצוא את עצמה בנקודת חיבור מעניינת בין כמה מהאקוסיסטמים המרכזיים המתחרים על עתיד 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.