ענקית הטכנולוגיה מיקרוסופט מודיעה היום (ד') כי הצליחה לפתח מעבד קוונטי חדש בשם "מג'ורנה 1" (Majorana 1), שלדבריה יסייע בקיצור הזמן הדרוש לבניית מחשבים קוונטיים עוצמתיים מעשורים לשנים בודדות.
לפי הודעת החברה, היא הצליחה לפתח חומר חדשני הנקרא "טופוקונדקטור", שהוא לא מוצק, לא נוזל ולא גז, המאפשר ליצור את השבב הקוונטי. החומר החדש יוצר "קיוביטים טופולוגיים" הנדרשים לשבב כזה, שהם יציבים, עמידים מפני הפרעות סביבתיות ואמינים.
לפי מיקרוסופט, מדובר בהתקדמות דרמטית, הדומה לאופן שבו המצאת מוליכים למחצה אפשרה את פיתוחם של המחשבים, הסמארטפונים וכלל המוצרים הטכנולוגיים הסובבים אותנו.
פריצת דרך זו דרשה פיתוח מערך חדש של חומרים המשלבים בין אינדיום ארסניד (InAs), מוליך למחצה, ואלומיניום, מוליך-על, שאת רובו עיצבה מיקרוסופט אטום אחר אטום. המטרה הייתה להשתמש בחלקיקים קוונטיים חדשים הנקראים Majoranas ולנצל את התכונות הייחודיות שלהם כדי לממש את החזון של מחשוב קוונטי.
העתיד הוא קוונטי
"קיוביטים" הם אבני הבניין של מחשבים קוונטיים ומה שהופך אותם לעוצמתיים כל-כך: אם מחשב רגיל משתמש ב"ביטים" וכמו מתג אור, הביט יכול להיות או דלוק או כבוי – "קיוביט" במחשב קוונטי דומה יותר לדימר: הוא יכול להיות גם דלוק וגם כבוי בבת אחת. ה"גם וגם בבת אחת" הזה הוא שהופך מחשבים קוונטיים לחזקים כל כך, ומאפשר להם לחקור אפשרויות רבות בו זמנית, במקום לבדוק אותן אחת אחת כמו מחשב רגיל.
בהתאם, מחשבים קוונטיים אמורים לפתור בעיות שבלתי אפשרי לפתור אותן במחשבים רגילים. אחד האתגרים הגדולים ביותר בבנייתם הוא רגישותם הגבוהה ל"רעשים" ולטעויות. באמצעות ה"טופוקונדקטור", החומר החדש שפיתחה, מיקרוסופט טוענת הצליחה ליצור לראשונה שבב המכיל 8 קיוביטים קטנים, מהירים ויציבים בגודל מאית המילימטר, עם עמידות מובנית לשגיאות מבוססות חומרה, ונשלטים דיגיטלית.
מיקרוסופט מגבה את הפיתוח החדש במאמר המתפרסם בכתב העת המדעי הנחשב Nature, המתאר כיצד חוקריה הצליחו ליצור את התכונות הקוונטיות האקזוטיות של ה"קיוביט הטופולוגי" וגם למדוד אותן במדויק. בנוסף, הסוכנות לפרויקטים מחקריים מתקדמים של משרד ההגנה האמריקאי, DARPA, בחרה במיקרוסופט כאחת משתי החברות שיעברו לשלב הסופי של תוכנית הבדיקות המחמירה שלה.
4 צפייה בגלריה
השבב מכיל 8 קיוביטים קטנים, מהירים ויציבים בגודל מאית המילימטר, עם עמידות מובנית לשגיאות מבוססות חומרה
(מיקרוסופט)
מהם חומרים טופולוגיים?
חומרים במצב טופולוגי הם חומרים שבהם התכונות החשמליות או המגנטיות נקבעות על ידי תכונות טופולוגיות של המבנה האלקטרוני שלהם, ולא רק על ידי המבנה הכימי או הסידור האטומי. במילים אחרות, התכונות של חומרים אלה נשמרות תחת שינויים רציפים בצורתם, כל עוד לא מתרחשים שינויים מהותיים כמו שבירה או חיבור של חלקים.
אחד המאפיינים המרכזיים של חומרים טופולוגיים הוא היכולת להוליך חשמל על פני השטח או הקצוות שלו, בעוד שהפנים נותר מבודד. המחקר בתחום החומרים הטופולוגיים זכה להכרה משמעותית, ובשנת 2016 הוענק פרס נובל בפיזיקה לחוקרים שגילו מעברי פאזה טופולוגיים בחומרים דו-ממדיים.
4 צפייה בגלריה
הנשיא לשעבר ביידן בוחן מחשב קוונטי במעבדה של חברת IBM בניו יורק
(צילום: Andrew Harnik / AP)
מהפכה של ממש
תחום המחשוב הקוונטי רוחש פעילות ברחבי העולם, ויש לו פוטנציאל לחולל מהפכה כמעט בכל תחום בחיינו, מרפואה ומדע החומרים ועד בינה מלאכותית וקריפטוגרפיה. הוא יאפשר, למשל, רפואה מותאמת אישית המותאמת לקוד הגנטי הייחודי של החולה; פריצות דרך במדעי החומרים, שיובילו לסוללות יעילות יותר עבור המכונית החשמלית או הסמארטפון; סימולציות שיסייעו להבין טוב יותר את שינויי האקלים ועוד. הוא יכול גם לסייע בפיתוח חומרים עם תכונת ריפוי עצמי, שימנעו סדקים בגשרים, במטוסים, במסכי טלפון או בדלתות מכוניות.
במקביל למיקרוסופט, בחזית המרוץ הקוונטי פועלות גם ענקיות הטכנולוגיה כמו IBM וגוגל, כאשר כל אחת מהן פיתחה כבר והדגימה מחשבים קוונטיים עובדים, תוך שימוש בטכנולוגיות קיוביט שונות. מעבר להן, סטארטאפים ומוסדות אקדמיים רבים עוסקים במחקר בנושא, בעיקר בפיתוח שיטות קיוביט אלטרנטיביות.
אולם למרות ההתקדמות המשמעותית שנרשמה בבניית המחשבים הללו, טרם פוצחו האתגרים המורכבים של יציבות ומניעת תקלות ושגיאות. מחשבים קוונטיים רגישים ביותר לרעש והפרעות סביבתיות, שעלולים להוביל לשגיאות בחישובים. חוקרים בכל העולם מפתחים במרץ טכניקות לתיקון שגיאות כאלו, אך יישומן ביעילות מסובך.
הדור הנוכחי של מחשבים קוונטיים עדיין מוגבל ביכולותיו ונוטה לשגיאות. עם זאת הם משמשים לצרכי מחקר ובדיקות. במערכות הביטחון והמודיעין במערב, כולל בישראל ובצה"ל, נערכים גם לסכנות שהמחשוב הקוונטי מביא עמו: לצד התרומה העצומה לאנושות, מחשבים הקוונטיים יוכלו לפצח כל הצפנה המוכרת כיום. רק לפני כמה ימים נחשף ב-ynet מסמך הנחיות של מערך הדיגיטל הלאומי הקורא לכל הגופים הממשלתיים בישראל להתחיל בהיערכות לקראת הסכנה.
