ืืืฉืื ืงืืื ืื
ืคืืืืงืืื ืืคืชืืื ืืืฉื ืงืืื ืื ืืืืื ืขื 256 ืงืืืืื
במה שמהווה התקדמות משמעותית בתחום המחשוב הקוונטי, צוות של פיזיקאים מהמרכז הארוורד-מיט לאטומים קרים ואוניברסיטאות אחרות יצרו סוג מיוחד של מחשב קוונטי. מערכת זו נקראת מדמה קוונטי תוכניתי, והיא יכולה לפעול עם 256 ביטים קוונטיים, או “קיוביט”. קיוביטים הם יסודיים לפעולת המחשבים הקוונטיים, והם המקור לכוח העיבוד שלהם.
הפיתוח החדש מביא אותנו קרוב יותר להשגת מכונות קוונטיות בקנה מידה גדול, שיכולות לשמש לצורך גישה עמוקה לתהליכים קוונטיים מורכבים. הן יכולות להיות בעלות משמעות רבה בתחומים כמו מדע החומרים, טכנולוגיות תקשורת, פיננסים, ותחומים רבים אחרים שכרגע עומדים בפני מחסומים במחקר.
המחקר פורסם ב-9 ביולי בNature.
דחיפה לתחום
מיכאיל לוקין הוא פרופסור לפיזיקה ומנהל שותף של היוזמה הקוונטית של הרווארד. הוא גם אחד המחברים הבכירים של המחקר.
“זה מזיז את התחום לתחום חדש שבו אף אחד לא היה עד כה,” אמר לוקין. “אנו נכנסים לחלק חדש לגמרי של העולם הקוונטי.”
ספהר אבאדי הוא סטודנט לפיזיקה בבית הספר לאומנויות ומדעים ומחבר המחקר.
לפי אבאדי, המאפיינים הגדולים ביותר של המערכת הם גודלה ותוכניתיות, שהופכים אותה לאחת המערכות הטובות ביותר. היא יכולה לנצל את התכונות של החומר בקנה מידה קטן מאוד, מה שמאפשר לה לקדם את כוח העיבוד. עלייה בקיוביטים יכולה לעזור למערכת לאחסן ולעבד מידע באופן אקספוננציאלי יותר מאשר ביטים קלאסיים, עליהם סומכים המחשבים הסטנדרטיים.
“מספר המצבים הקוונטיים שאפשריים עם 256 קיוביטים בלבד עולה על מספר האטומים במערכת השמש,” אמר אבאדי.
המדמה איפשר לחוקרים לצפות במצבים קוונטיים אקזוטיים של חומר, כמו גם לבצע מחקר על מעבר פאזה קוונטי, שהיה מדויק מאוד והדגים כיצד מגנטיות פועלת ברמה הקוונטית.
לפי החוקרים, ניסויים אלו יכולים לעזור למדענים ללמוד כיצד לתכנן חומרים חדשים עם תכונות אקזוטיות.
המערכת החדשה
הפרויקט מסתמך על פלטפורמה שפותחה ב-2017 על ידי החוקרים, אך היא שודרגה באופן משמעותי הפעם. היא הייתה מסוגלת להגיע לגודל של 51 קיוביטים בעבר, והיא איפשרה לחוקרים ללכוד אטומי רובידיום קרים ולסדר אותם בסדר מסוים על ידי שימוש במערך חד-ממדי של קרני לייזר ממוקדות אינדיבידואלית.
מערכת זו מאפשרת לאטומים להיאסף במערכים דו-ממדיים של פינצטות אופטיות, שזהו השם לקרני הלייזר. זה מאפשר לגודל המערכת לעלות מ-51 ל-256 קיוביטים. החוקרים יכולים אז להשתמש בפינצטות כדי לסדר את האטומים בדפוסים חסרי פגמים וליצור צורות תוכניתיות, מה שמאפשר אינטראקציות שונות בין הקיוביטים.
“הסוס העובד של פלטפורמה זו הוא התקן הנקרא מודולטור אור מרחבי, שמשמש לצורך עיצוב גל אופטי ליצירת מאות קרני לייזר ממוקדות אינדיבידואליות,” אמר אבאדי. “התקנים האלה בעצם זהים לאלו המשמשים במקרן מחשב להצגת תמונות על מסך, אך אנו התאמנו אותם להיות רכיב קריטי במדמה הקוונטי שלנו.”
האטומים נטענים תחילה לפינצטות האופטיות באופן אקראי, לפני שהחוקרים מזיזים את האטומים סביב ומסדרים אותם בגאומטריות המטרה. סדר שני של פינצטות אופטיות ניידות משמש לגרירת האטומים למיקומים הרצויים, מה שמוציא את האקראיות ההתחלתית. הלייזרים מאפשרים לחוקרים לשלוט באופן מלא על מיקום הקיוביטים האטומיים ועל הניתוב הקוונטי הקוהרנטי שלהם.
טוט וואנג הוא עמית מחקר בפיזיקה בהרווארד ואחד המחברים של המאמר.
“עבודתנו היא חלק ממרוץ גלובלי אינטנסיבי ובעל נראות גבוהה לבניית מחשבים קוונטיים גדולים וטובים יותר,” אמר וואנג. “המאמץ הכללי [מעבר לשלנו] כולל מוסדות מחקר אקדמיים ברמה עולמית והשקעה פרטית משמעותית מצד גוגל, IBM, אמזון ורבים אחרים.”
הצוות עובד כעת על שיפור המערכת על ידי שיפור השליטה של הלייזר על הקיוביטים, כמו גם הפיכת המערכת לתוכניתית יותר. לפי החוקרים, יישומים אפשריים כוללים חקירת צורות אקזוטיות של חומר קוונטי ופתרון בעיות עולם אמיתיות שיכולות להיות מקודדות באופן טבעי על הקיוביטים.
“עבודה זו מאפשרת מספר רב של כיוונים מדעיים חדשים,” אמר אבאדי. “אנו לא קרובים כלל לגבולות של מה שניתן לעשות עם מערכות אלו.”
