Quantum

דארפה החלה בפיתוח מחשב קוונטי תעשייתי

פורסם בתאריך ע"י Techtime

הסוכנות למחקרי ביטחון מתקדמים (DARPA) במשרד ההגנה האמריקאי, החלה ביישום השלב הראשון של תוכנית Quantum Benchmarking Initiative (QBI), במטרתה לבחון דרכים חדשות שיאפשרו לבנות מחשב קוונטי תעשייתי שימושי, בטווח הקרוב ביותר האפשרי. הכוונה היא לבדוק את כל הגישות הקיימות למימוש מחשוב קוונטי, שיאפשרו לייצר עד 2032 מחשב שהתועלת שהוא מעניק למשתמשים תהיה גדולה מעלות הייצור והשימוש בו.

הפרוייקט יתבצע בשלושה מהלכים: בתחילה יפותח הקונספט של מחשב שימושי (utility-scale quantum computer concept), לאחר מכן תגובש תוכנית מו"פ לצורך ייצור המחשב, ובשלב האחרון תתבצע עבודת בדיקה ואימות בהשתתפות החברות המשתתפות והממשלה, לצורך הסמכת המחשב.

בחודש אפריל 2025 נבחרו 20 החברות הראשיות אשר ייכנסו לפרוייקט מו"פ מואץ שיימשך 6 חודשים, שבמהלכו הן יציגו את הקונספט שלהן למחשב שימושי, אשר ייחבן על-ידי דארפה. הזוכים ייכנסו לשלב השני של התוכנית. בין החברות שניבחרו: Hewlett Packard Labs, יבמ, Photonic Inc, Atom Computing, Atlantic Quantum ועוד. כל אחת מהן מתמחה בבניית קיוביטים בטכניקות שונות: תופעות אופטיות, מוליכות-על, לכידת יונים, יצירת קיוביט בסיליקון ועוד.

למעשה, מדובר במקרים רבים בקבוצות המובלות על-ידי החברות שנבחרו, ולא רק בחברות עצמן. כך למשל, חברת HP הקימה קונסורציום של חברות אשר ניגש לפרוייקט הזה. הקונסורציום כולל את חברת Quantum Machines הישראלית, לצד ענקיות מוכרות כמו סינופסיס (Synopsys), אפלייד מטיריאלס, Qolab ו-1Qbit. חברת קוונטום מאשינס התל-אביבית תורמת למחקר את פלטפורמת הבקרה שלה, OPX1000, המסוגלת לתמוך במעבדים קוונטיים עם אלף קיוביטים ויותר.

טכנולוגיות קוונטיות חדשות

מחשב קוונטי נתמך כיום על-ידי שרתים, מערכות קירור, סינון רעשי רקע, תוכנות התומכות במידע המגיע מיחידות הליבה (קיוביט) וכדומה. קוונטום מאשינס מספקת למערך הזה את מערכות העזר התומכות במחשוב הקוונטי. הפלטפורמה הזו כוללת גם את מערכת החומרה והתוכנה Quantum Orchestration Platform, אשר מקבלת אלגוריתם קוונטי בשפת התכנות QUA שהחברה פיתחה, ומתרגמת אותו לאותות הנשלחים אל המעבד הקוונטי. למעשה, מדובר בשכבת התיווך שבין המעבד הקוונטי לבין המחשב הקלאסי.

לאחרונה גילתה סינופסיס שבמסגרת השתתפותה בפרוייקט, ייעשה שימוש בתוכנת המידול QuantumATK של סינופסיס לצורך תכנון הייצור של קיוביטים המרכיבים את המעבד הקוונטי, ויתבצע מחקר של שימוש בכלי תכנון אלקטרוני (EDA) לצורך פיתוח אלגוריתמים של עיבוד קוונטי, בנוסף, היא תסייע בפיתוח טכנולוגיית בניית מעבדים קוונטיים המבוססים על טכנולוגיות CMOS הפועלות בטמפרטורות נמוכות מאוד (Cryogenic CMOS) של פחות ממינוס 153°C.

קוונטום מאשינס מפתחת מערכת בקרת מחשב קוונטי

פורסם בתאריך ע"י Techtime

מייסדי החברה מימין לשמאל: המנכ"ל איתמר סיון, סמנכ"ל טכנולוגיה יונתן כהן, סמנכ"ל מחקר נסים אופק

חברת קוונטום מאשינס (Quantum Machines) התל-אביבית גייסה 5.5 מיליון דולר כדי לפתח מערכות שליטה ובקרה שיאפשרו שימוש במחשבים קוונטיים. המיחשוב הקוונטי, המבוסס על התכונות הקוונטיות של החומר, צפוי לחולל מהפיכה בתחומי המיחשוב, אולם עדיין קשה מאוד לממש מחשבים קוונטיים בקנה מידה תעשייתי. חברת QM החליטה להתמקד במערך הבקרה העוטף את המעבד הקוונטי, במטרה להקל על כתיבת תוכנות ועל קישוריות בין המחשב הקוונטי לבין מחשבים סטנדרטיים.

"העוצמה של מחשבים קוונטיים נובעת מהעושר והמורכבות שלהם", הסביר מנכ"ל החברה, איתמר סיון. "אולם היתרונות האלה גם מקשים מאוד על ההפעלה שלהם. זו הבעיה שאנחנו מנסים לפתור". החברה הוקמה בתחילת 2018 ומפתחת כיום את מערכת הבקרה OPERATOR-X, שאותה היא תנסה למכור לחברות הענק ולחוקרים באקדמיה המתמקדות כיום בפיתוח מעבדים קוונטיים. החברה הוקמה על-ידי ד"ר איתמר סיון, ד"ר יונתן כהן המשמש כטכנולוג הראשי של החברה וד"ר נסים אופק המשמש כסמנכ"ל המחקר, שלושתם דוקטורים לפיסיקה עם התמחות במיחשוב קוונטי ואלקטרוניקה קוונטית.

כיצד מדברים עם מחשב קוונטי

ההשקעה בוצעה על-ידי קרנות ההון סיכון TLV Partners ובטרי ונצ’רס. כיום החברה כוללת 8 עובדים, והיא מתכננת לגייס 8 נוספים בשנה הקרובה, מרביתם מהנדסים ופיסיקאים. המערכת שמפתחת QM כוללת חומרה ותוכנה, ולמעשה אחראית לקבל אלגוריתם קוונטי בשפת תכנות חדשה שהחברה מפתחת – ולתרגם אותו לאותות שנשלחים למעבד הקוונטי. אותם אותות הם אלה שמריצים את האלגוריתם בפועל על המעבד.

"המעבד הקוונטי מאוד רגיש, והדבר גורם להרבה טעויות בחישוב הקוונטי", אמר כהן. "כדי להשתמש בו בצורה אפקטיבית, רמת השליטה במערכת צריכה להיות גבוהה באופן קיצוני. אנחנו החברה הראשונה בעולם שמפוקסת באופן מוחלט על פיתוח מערכות שיאפשרו כזאת רמה של שליטה. למרות שהמיחשוב הקוונטי מתפתח בקצב מהיר, עדיין יש הרבה אתגרים שצריך לפתור כדי שהמחשבים האלה יוכלו לפתור בעיות אמיתיות. רוב המאמצים ממוקדים בחומרה הקוונטית. אולם ככל שמצליחים להגדיל את מספר יחידות הקיוביט של המעבדים, המורכבות של האלגוריתמים גדלה והמחשבים וההתוכנה הקלאסיים הופכים לצוואר בקבוק".

שלושתם ביצעו את מחקרם בשנים האחרונות בתחום המחשוב הקוונטי, בדגש על אלקטרוניקה קוונטית, במכון התת-מיקרוני בפקולטה לפיזיקה שבמכון וייצמן תחת הפרופ’ מוטי הייבלום. שם הם חקרו את הפוטנציאל של מערכות אלקטרוניות להפוך לביט קוונטי מוגן מפני שגיאות. אופק, סמנכ"ל מחקר ופיתוח, המשיך לאחר מכן לפוסט דוקטורט באוניברסיטת ייל, כאשר סיוון וכהן ניהלו לפני-כן מרכז יזמות במכון וייצמן למדע, אשר סייע לבעלי תארי דוקטור מהמכון להקים חברות סטארט-אפ בעלי עומק טכנולוגי.

מהו מחשב קוונטי

מחשב קוונטי מבוסס על תכונות של חלקיקים קוונטיים. בפיסיקה של חלקיקים זעירים, אלקטרון  יכול להיות במספר מצבים שונים בו-זמנית (בהתאם להסתברויות שונות). מכאן שמחשב קוונטי המבוסס על יחידת בסיס הנקראת קיוביט (Quantum Bit) יכול להיות בו-זמנית ב-2 בחזקת n (המספר n מייצג את מספר הקיוביטים במחשב) מצבים בו-זמנית – ולספק בבת אחת מספר עצום של תוצאות לבעיה חישובית נתונה.

הדבר מאפשר לבצע במהירות עצומה חישובים רבים בעלי אלגוריתם זהה, כמו למשל עיבוד תמונה, סימולציות ופיענוח צפנים. מחשבים קוונטיים פותחים אפשרויות חדשות בתחומי האופטימיזציה והסימולציה, אליהן לא ניתן להגיע באמצעות המחשבים המוכרים לנו כיום. מכיוון שקריאת מידע קוונטי משפיעה על מצב החלקיק, מערכות חישוב קוונטיות יכולות לספק תקשורת עמידה בפני ציטוטים – מכיוון שכל ציטוט משפיע על המידע ומיד מתגלה.

החישוב הקוונטי נחשב למהפכני משום שהוא מפר במידה רבה את עקרון הבסיס עליו מושתת המחשב הסטנדרטי, שהוא יחידת החישוב הקלאסית "ביט". יחידות החישוב (ביטים) במחשב רגיל מבוססות על רצפים בינאריים של 0 או 1, אולם במחשב קוונטי הביט הקוונטי יכול להימצא בסופרפוזיציה, כלומר גם ב-0 וגם ב-1 בו-זמנית. מכאן שבמערכת הכוללת הרבה ביטים קוונטיים, הם יכולים להיות בו-זמנית בכל הקומבינציות הבינריות. המשמעות היא שניתן להאיץ דרמטית של חישובים מסובכים, ולבצע חישובים שלא ניתן לבצע במחשב סטנדרטי, דוגמת פתרון הצפנת RSA המבוססת על פירוק של מספרים גדולים לגורמיהם הראשוניים – בזמן סביר.