יצא לדרך המיזם הישראלי לבניית מחשב קוונטי

רשות החדשנות ומפא"ת, החלו לגייס את התעשייה המקומית למיזם הלאומי לבניית מחשב קוונטי ראשון בישראל. הרשות פרסמה לפני כחודש קול קורא להגשת הצעות ותוכניות (RFI), וצפויה לגבש בתקופה הקרובה קונסורציום של חברות וגופי מחקר וממשל אשר יוביל את הפרויקט. במיזם מגלות עניין חברות ביטחוניות מובילות, חברות סטארט-אפ ישראליות וגם תאגידים בינלאומיים.

המיזם הוא חלק מתוכנית הקוונטום הלאומית, שעליה הכריזה הממשלה לפני כשנתיים ותוקצבה ב-1.25 מיליארד שקל לחמש שנים. מתוך התקציב הכולל של התוכנית הוקצו כ-60 מיליון דולר לבניית תשתית החומרה והתוכנה של המעבד הקוונטי. יש לציין כי מדובר בתקציב צנוע למדי לפרויקט שאפתני מסוג זה, בהשוואה לתקציבי העתק שמשקיעות בו מדינות ארצות הברית, סין, גרמניה וצרפת, וגם חברות מסחריות כמו אינטל, גוגל ויבמ.

בקול הקורא של רשות החדשנות מוגדר היעד כ"הגעה לסף מימוש עצמאי של יכולות מחשוב קוונטי" ו-"שמירה על פער סביר מה-state-of-the-art העולמי". ההערכה בתעשייה היא כי היעד הריאלי בתקציבים הללו וברמת הידע והמומחיות המקומית, הוא לבנות בשלב ראשון תוך מספר שנים מחשב קוונטי בקיבולת של כמה עשרות קיוביט. לשם השוואה, יבמ הציבה יעד לפיתוח מחשב קוונטי בקיבולת של יותר מאלף קיוביט עד 2023.

לבנות אקוסיסטם קוונטי כחול-לבן

למרות החדשנות המאפיינת את התעשייה הישראלית, בתחום המחשוב הקוונטי ניתן למנות את החברות הישראליות על-יד אחת. אחת מהן היא חברת הסטארט-אפ Classiq, אשר מפתחת תוכנה המותאמת לתשתית של מחשב קוונטי. מנכ"ל ואחד ממייסדי החברה, ניר מינרבי, סבור שהפרויקט של רשות החדשנות יכול לתת זריקת מרץ משמעותית לתחום המחשוב הקוונטי בישראל. "הפרויקט הישראלי מעורר עניין רב בעולם. יש פה אקדמיה חזקה בתחום, וביחד עם החדשנות הישראלית וכוחות נוספים אני מאמין שאפשר לבנות משהו יפה".

קלאסיק השלימה לא מכבר גיוס הון בהיקף של 14.5 מיליון דולר. היא פתחת פתרונות שיאפשרו לכתוב יישומים עבור מחשבים קוונטיים, ויש לה כבר מספר לקוחות בתחומי הבנקאות, הנדסת חומרים ותרופות. ברשות מדגישים כי פיתוח המחשב הקוונטי הישראלי יכלול במקביל גם את פיתוח שכבת התוכנה. "שכבת התוכנה, לרבות הקומפילציה ותיקון השגיאות, היא חלק אינטגרלי מבניית החומרה. בסופו של דבר המטרה היא ליצור קהילה של משתמשים שיוכלו לרתום את המחשב לכל מיני יישומים, ואת זה אי אפשר לעשות בלי תוכנה מתאימה".

מאבק בין מעצמתי במרחב הקוונטי

בשנים האחרונות חלה פריצת דרך בתחום המחשוב הקוונטי, ורבות מענקיות הטכנולוגיה בונות מחשבים קוונטיים המסוגלים לבצע משימות משמעותיות. המירוץ לעליונות קוונטית עלה באחרונה מדרגה גם בזירה הבין-מעצמתית, בעקבות תוכניות חומש חדשות של סין וארצות הברית. במסגרת תוכנית החומש ה-14 במספר מאז כינון המשטר הקומוניסטי בסין, הגדיר הממשל 7 תחומים טכנולוגיים שבהם ירוכז מאמץ לאומי מיוחד: בינה מלאכותית, שבבים, חלל ומחשוב קוונטי.

במסגרת התוכנית, יגדיל הממשל את תקציב המו"פ בתחומים האלה ב-7% בכל שנה לפחות עד לשנת 2025. הבית הלבן, מנגד, אישר לאחרונה תקציב של כמיליארד דולר (שליש ממנו מהמגזר הפרטי) שיוזרם לכ-14 גופי מחקר ברחבי המדינה, וזאת במטרה להשיג יתרון בתחום הקוונטי "על פני היריבות". מינרבי: "מתפתח ממש 'מרוץ חימוש' בעולם, ואף מדינה לא רוצה להישאר מאחור. לישראל יש את היכולת להיות בחזית התחום הזה".

"חוק מור" קוונטי: יבמ תשיק מעבד עם 1,000 קיוביטים ב-2023

חברת יבמ (IBM) הכריזה השבוע על מפת דרכים שאפתנית בתחום המחשוב הקוונטי, לפיה תסיים לפתח עד סוף שנת 2023 מעבדים קוונטיים הכוללים מערך של 1,000 קיוביטים (Qbit), יחידת החישוב הבסיסית במחשוב קוונטי. מדובר בעוצמת מחשוב הגדולה באופן אקספוננציאלי בהשוואה למחשבים הקוונטיים הקיימים, שכוללים עשרות בודדות של קיוביטים.

יבמ היא אחת החברות המתקדמות ביותר בתחום המחשוב הקוונטי. ב-2016 היתה יבמ הראשונה שהציעה לחברות, חוקרים ומפתחים גישה למחשב הקוונטי שלה דרך הענן. כיום, הענן של יבמ מספק גישה ליותר מ-20 מחשבים קוונטיים של 5-קיוביטים ו-24-קיוביטים, והשנה השיקה מחשב קוונטי חדש עם 65-קיוביטים, שהוא המחשב הקוונטי החזק ביותר נכון להיום. גם במסגרת התוכנית החדשה, יבמ מתכוונת להעמיד את המחשבים הקוונטיים העתידיים לרשות הציבור דרך הענן.

מקררי-על למיליוני קיויביטים

יבמ פורסת במפת הדרכים שלה מעין "חוק מור" קוונטי, לפיו מספר הקיוביטים במעבדים קוונטיים יוכפלו כל שנה-שנתיים. ב-2022 תשלים יבמ פיתוח של מעבד קוונטי עם 400 קיוביטים, וב-2023 תשיק מעבד עם 1,121 קיוביטים שייקרא קונדור, ויהווה את הבסיס להמשך הגידול הסקאלבילי של המחשבים הקוונטיים. החזון של יבמ עבור העתיד הרחוק יותר הוא שאפתני עוד יותר: "מפת הדרכים שלנו תיקח אותנו מהמחשבים הקוונטיים הקטנים והרועשים של ימינו למחשבי העתיד, שיכללו יותר ממיליון קיוביטים."

מהנדסי חטיבת הקוונטום של יבמ. קרדיט: Connie Zhou

הקיוביטים של יבמ מתבססים על מוליכי-על (superconductors), וזאת בשל התנגדותם האפסית בטמפרטורות נמוכות. כחלק מבניית התשתית, יבמ הודיעה כי תבנה בעצמה מקרר-על (שייקרא Golden Eye) בגובה 3 מטר ורוחב של 2 מטר, שיוכל לאכלס מערכים של 1,000 קיוביטים. צוות המהנדסים של יבמ כבר החל לערוך ניסויי היתכנות, כשהמטרה היא לבנות רשת של מקררי-על המחוברים זה לזה ומספקים ביחד יכולות מחשוב של מיליון קיוביטים.

מטרת המקררים היא לשמור על מערך הקיוביטים בטמפרטורה הנושקת לאפס המוחלט, כדי להימנע מכל הפרעה אלקטרומגנטית שעשויה לקטוע את המעגל הקוונטי. במחשוב קוונטי, הקרינה הזעירה ביותר עלולה להרוס את תהליך החישוב, וזאת בשל תופעה קוונטית הקרויה "קריסת פונקציית הגל', שבה כל אינטראקציה עם העולם החיצון גורמת למערכת לאבד את אופייה הקוונטי ולחזור ולהתנהג כמו חלקיקים "קלאסיים".  ביבמ מציינים כי האתגר הגדול ביותר בפיתוח מחשבים קוונטיים גדולים הוא ביכולת לשמר את המצב הקוונטי של מערכי קיוביטים עד להשלמת המעגל הקוונטי (quantum circuit).

לפצח את מולקולת הכולסטרול

בשיחה עם Techtime מסביר ניר מינרבי, מנכ"ל חברת קלאסיק (Classiq) הישראלית, המפתחת פתרונות תוכנה למחשוב קוונטי, את המשמעות המעשית של מפת הדרכים שהציגה יבמ. "עצם העובדה שחברה כמו יבמ, שאינה נוהגת לצאת בהצהרות מרחיקות לכת, מציגה מפת דרכים טכנולוגית מפורטת עם יעדים ברורים – זה דרמטי ומגביר את אמון התעשייה בעתיד המחשוב הקוונטי."

אף שעוצמת המחשבים הקוונטיים גדלה בהתמדה, מגוון היישומים שניתן להפעיל באמצעותם עדיין מוגבל. ואולם, מפת הדרכים של יבמ מציגה מעבדים קוונטיים שמהווים קפיצת איכות משמעותית כבר בשנים הקרובות. לדבריו של מינרבי, מחשוב קוונטי מהווה "שובר-שיוויון" בדיוק בסוגי הבעיות שמחשבים קלאסיים, ואפילו  מחשבי-על, מתקשים להתמודד עמן.

"כל מחשבי-העל בעולם, ביחד, לעולם לא יצליחו לסמלץ מולקולת כולסטרול. אולם מחשב קוונטי עם כמה מאות קיוביטים יצליח לעשות זאת, ויאפשר לבדוק כיצד מגיבות מולקולות שונות עם כולסטרול ולפתח תרופות. כיום, ניתן לעשות זאת רק בניסויים ולא באמצעות מודלים ממוחשבים. גם במשימות של אופטימיזציה, הצפנה, והאצת למידת-מכונה, מחשבים קוונטיים יוכלו לחולל מהפכה".

לבנות את השכבה הבאה ב-stack הקוונטי

חברת קלאסיק מפתחת פתרונות CAD שיאפשרו לכתוב יישומים עבור מחשבים קוונטיים, ויש לה כבר מספר לקוחות בתחומי הבנקאות, הנדסת חומרים ותרופות. "המהפיכה הקוונטית מורכבת משניים: החומרה והתוכנה. כיום כמעט בלתי אפשרי לפתח יישומים למחשב קוונטי, מאחר שצריך לתכנת ברמת השערים הלוגיים. זה כמו לתכנן שבב ברמת הטרנזיסטורים. אנחנו בונים את הכלים שמאפשרים לפתח יישומים ברמת הפשטה גבוהה יותר. את השכבה הבאה ב-stack הקוונטי."

עבור קלאסיק, מפת הדרכים של יבמ היא בשורה משמעותית. "ככל שהמחשבים מתחזקים, יותר חברות מעוניינות לפתח יישומים למחשבים קוונטיים שיעזרו לפתור בעיות בתחומיהן. כיום כל התעשייה מסתכלת על ההצהרה של יבמ. עכשיו יש אופק ברור, והחברות יודעות שעוד שנים ספורות יהיו מחשבים קוונטיים שיריצו אלגוריתמים משמעותיים. לכן הן מתחילות עכשיו להשקיע בפיתוח תוכנות ויזדקקו לפתרונות כמו שלנו כדי לבנות יישומים."

האזינו לשיחה עם ניר מינרבי, מתוך תוכנית הפודקאסט שלנו שעלתה בחודש אוגוסט 2020:

מייסדי קלאסיק, מימין לשמאל: אמיר נווה סמנכ"ל המו"פ, ניר מינרבי המנככ"ל ויהודה נווה הטכנולוג הראשי

"האנשים מאחורי הטכנולוגיה": איך כותבים תוכנה למחשב קוונטי

מנחה: יוחאי שויגר
עורך: רוני ליפשיץ
מנגינת פתיחה: ניר שדה

[בתמונה למעלה מימין לשמאל: שלושת המייסדים, אמיר נווה סמנכ"ל המו"פ, ניר מינרבי המנככ"ל ויהודה נווה הטכנולוג הראשי] 

האורח בתוכנית הוא ניר מינרבי, מנכ"ל ואחד ממייסדי חברת הסטארט-אפ קלאסיק (Classiq), המפתחת את תשתית התוכנה למהפכת המחשוב הקוונטי.

בשנים האחרונות חלה פריצת דרך בתחום המחשוב הקוונטי, ורבות מענקיות הטכנולוגיה בונות מחשבים קוונטיים חזקים יותר ויותר שמסוגלים לבצע משימות משמעותיות. ואולם, כדי להוציא לפועל את המהפכה צריך כלי תוכנה שיאפשרו לכתוב יישומים למחשוב קוונטי, וזה מה שעושה קלאסיק.

בשיחה, מסביר ניר כיצד עובד מחשב קוונטי ולמה צריך להחזיק אותו בטמפרטורה הקרובה לאפס המוחלט, על עולמם המוזר של הקיו-ביטים, איך מפתחים שפה שתאפשר לבנקים, חברות תרופות, יצרניות רכב וחברות מתעשיות אחרות לכתוב יישומים מחוללי-שינוי למחשב קוונטי, וגם על הכלים שקיבלה החברה בתוכנית הצמיחה Intel Ignite.

עקבו אחר כל תוכניותינו ב-Spotify

וגם ב-Apple Podcasts