איך חתול אחד עוזר לתכנן את מחשבי העתיד?

אנחנו יודעים שאין דבר מדכא יותר למי שקנה לאחרונה (או עומד לקנות בקרוב) מחשב עם מעבדי ה-AI החדשים של אינטל, AMD, אפל או קואלקום מאשר לשמוע שבקרוב הם יהיו שייכים לעבר – אבל זו האמת. בימים אלה עובדים מהנדסים ברחבי העולם על מחשבים קוונטיים – סוג חדש לחלוטין של מחשבים, המבוססים על התורה בעלת אותו שם. כעת, עובדי אמזון מציעים דרך לייצור יעיל יותר של המחשבים הללו בהשראת "החתול של שרדינגר". Claude מסבירה לנו את הקשר.

צוות חוקרים מחטיבת הענן של אמזון (AWS) השתמש ב"קיוביטים חתוליים בוזוניים" כדי לשפר את יכולת תיקון השגיאות של מחשבים קוונטיים, באופן שמאפשר ייצור של מחשבים כאלה עם פחות רכיבים. ההדגמה של תיקון שגיאות קוונטי בפחות משאבי חומרה דווחה במאמר שפורסם אתמול בכתב העת Nature.

בעיית השגיאות במחשוב קוונטי

מחשבים קוונטיים נוטים לשגיאות, מה שמגביל את הפוטנציאל שלהם לעלות על היכולות של מחשבים קלאסיים במשימות מסוימות. תיקון שגיאות קוונטי הוא שיטה שעוזרת להפחית שגיאות על ידי פיזור מידע על פני מספר קיוביטים (המקבילה העתידית לביט במחשבים של היום), כך שאותו מידע מחושב כמה פעמים והתוצאות הנפוצות ביותר מפצות על כאלו המכילות שגיאות. עם זאת, הגישה הזו דורשת מספר גדול של קיוביטים נוספים לכל חישוב כדי לספק הגנה מספקת מפני שגיאות, מה שעלול להוביל לירידה כוללת ביעילות.

מה הם "קיוביטים חתוליים"?

הצוות מאמזון, הכולל עשרות חוקרים בהובלת הראלד פוטרמן, מציע דרך יעילה יותר ליישם תיקון שגיאות קוונטי, באמצעות סוג של קיוביט המכונה "קיוביט חתולי בוזוני”. הקיוביטים הספציפיים שזכו לכינוי המחמד מתוכננים להיות עמידים כנגד סוגים מסוימים של רעש ושגיאות שעלולים לשבש את הפלט של מערכות קוונטיות. השם "קיוביטים חתוליים" נובע מהניסוי המחשבתי המפורסם של הפיזיקאי האוסטרי ארווין שרדינגר, שבו חתול נמצא במצב של סופרפוזיציה קוונטית – חי ומת בו-זמנית.

הקיוביטים הללו מטבעם – ברמת החומרה – עמידים מאוד לסוג אחד של שגיאה, המכונה "היפוך ביט", על חשבון הסבירות הגבוהה יותר לחוות סוג אחר, המכונה "היפוך פאזה". הטיה זו של שגיאות מאפשרת לחוקרים לתכנן קודים לתיקון שגיאות קוונטיות המתמקדים רק בטיפול בשגיאות היפוך פאזה הנדירות יחסית, מה שמוביל לעיצוב יעיל הרבה יותר באופן כללי שדורש פחות קיוביטים נוספים. לכן, גישה זו דורשת פחות רכיבים סה"כ להשגת תיקון שגיאות קוונטי בהשוואה לעיצובים אחרים.

התוצאות המבטיחות

המחברים מדגימים התקן מעגל קוונטי על-מוליך המשתמש במערך של קיוביטים חתוליים, שבו מודגם כי השגיאות מופחתות מ-1.75% למחזור ל-1.65% עבור קוד מתקן שגיאות עם חמישה קיוביטים חתוליים. בעבר דרשה השגת הפחתת שגיאות עם קוד מתקן שגיאות גדול יותר עשרות קיוביטים נוספים.

תוצאות אלו מראות ששימוש בקיוביטים חתוליים בוזוניים עשוי להיות דרך יעילה להשגת חישוב קוונטי עמיד לשגיאות. המחברים מציעים שלמערכת יש פוטנציאל להתרחב, ולעשות זאת ביעילות, אך מציינים שנדרשת אופטימיזציה נוספת כדי לשפר את הביצועים לרמה שעשויה לאפשר יישומי מחשוב קוונטי מעשיים.