Google Quantum AI הדגימה בחומרה פתרון לאחת מבעיות המשאבים העקשניות ביותר של המחשוב הקוונטי. במאמר שפורסם ב-15 באוקטובר בכתב העת Science, הצוות שמאחורי מעבד ווילו של גוגל מדווח כי "טיפוח מצבי קסם" - טכניקה שהוצעה לראשונה בתיאוריה לפני שנתיים - עובדת בפועל, מפחיתה את השגיאות פי 40 בערך בהשוואה למצבים לא מעובדים ומייצרת מצבי T עם נאמנות לוגית שיא של 99.99%.

התוצאה, שהוכרזה בבלוג הרשמי של גוגל על ​​ידי מדענית המחקר אמה רוזנפלד ומהנדס התוכנה הקוונטית קרייג גידני, מסמנת את ההדגמה הניסיונית הראשונה שניתן לייצר מצבי קסם ביעילות על חומרה קוונטית אמיתית. היא מטפלת בצוואר בקבוק שהמהנדסים מחלצים עליו מאז שחוקרים זיהו אותו לראשונה לפני יותר משני עשורים. למידע נוסף על פריצות דרך בגבול המחשוב, עיין בסיקור מחקר AI שלנו.

מדוע מדינות הקסם חשובות

מחשוב קוונטי אוניברסלי - מהסוג שיכול להריץ תוכניות שימושיות באמת - דורש קבוצה ספציפית של פעולות קוונטיות החורגות ממה שקיוביטים מתוקנים יכולים לבצע באופן טבעי. הפתרון הסטנדרטי הוא הכנת מצבי משאבים מיוחדים, הידועים כמצבי קסם, המאפשרים את הפעולות הללו. הבעיה היא העלות: כמה הערכות מצביעות על כך שעד 95% מהקיבולת המלאה של מחשב קוונטי צריך להיות מוקדש לייצורם, מה שמשאיר מקום קטן לחישוב בפועל. מצבי קסם הם גם מתכלים - לאחר השימוש בהם, לא ניתן לעשות בהם שימוש חוזר - מה שהופך אותם לקלט דל ויקר עבור כל מכונה בקנה מידה גדול.

בשנת 2024, חוקרי ה-Google Quantum AI קרייג גידני, נואה שאטי וקודי ג'ונס פיתחו את גישת הטיפוח במאמר תיאורטי. הרעיון עובד כמו מסנן: מצב רועש מוזרק לאזור קטן של השבב הקוונטי, ואז סדרה של מדידות מתואמות מאוד בודקת שגיאות ומבטלת ניסיונות פגומים. מה ששורד את התהליך הוא מצב קוונטי טהור במיוחד עם שגיאות נמוכות שניתן להתאים בו זמנית לקידוד גדול ושימושי יותר. אם זה עובד על חומרה, זה היה מכווץ באופן משמעותי את גודל המחשב הקוונטי הדרוש למשימות מעשיות.

מתיאוריה לחומרה

הפיכת הפרוטוקול לעבוד על ווילו לקחה שורה של חידושים הנדסיים. פרק אחד ממחיש את הקושי. כאשר המדענית אמה רוזנפלד בדקה לראשונה את פרוטוקול הטיפוח, נראה היה שהנתונים שלה נוגדים את חוקי הפיזיקה. לאחר חודשים של סימולציות, דיונים ובדיקות עקביות, הצוות איתר את האנומליה להנחה שגויה בטכניקת המדידה שלהם: סחף של ציוד חשמלי ושונות טמפרטורה במעבדה הפריעו לתקפות המדד.

התיקון דרש שינויים הן בצד התיאורטי והן בצד ההנדסי. הצוות הוסיף שליטה נוספת למערכת כדי לדכא את הרעש, והמציא טכניקת בנצ'מרקינג חדשה המשתמשת בטיפוח עצמו ככלי מדידה - פתרון שלדבריה הקים טכנולוגיה חדישה במטרולוגיה קוונטית. ב-Willow, הפרוטוקול המעודן השיג הפחתה של בערך פי 40 בשגיאות ביחס למצבים לא מעובדים, כאשר מצבי T הגיעו ל-99.99% נאמנות לוגית.

תאימות למפת הדרכים של Google לתיקון שגיאות

הצוות גם נקט צעדים ראשונים לקראת הצגת הטכניקה מתאימה לארכיטקטורת סובלנות התקלות הרחבה יותר של גוגל. תיקון שגיאות קוונטי מגיע בטעמים: "קודי צבע", סוג חדש יותר אידיאלי לטיפוח, ו"קודי שטח", השיטה המבוססת יותר העומדת בבסיס מפת הדרכים ארוכת הטווח של גוגל. החוקרים הדגימו פרוטוקול השתלה - שפותח במקור במאמר התיאוריה משנת 2024 - המחליף בין השניים, ומעביר מצבים מטוהרים מקוד צבע של מרחק 3 לקוד משטח מרחק 5. המדינות שרדו את ההעברה, עדות לכך שגידול יכול להתקיים במקביל לתוכניות תיקון השגיאות שגוגל מתכננת להגדיל.

מה שנותר לא פתור

גוגל מקפידה על האזהרות. טיפוח מצב קסם הודגם בקנה מידה קטן; הצגתו בקנה מידה הנדרש עבור מחשוב קוונטי מעשי נותרה עבודה עתידית, ואתגרים טכניים משמעותיים עומדים בין התוצאה הנוכחית לבין מכונה שימושית מסחרית. החברה ממסגרת את התוצאה כהפיכת "רעיון תיאורטי מרכזי למציאות שהודגמה בניסוי" בדרך למטרה המוצהרת שלה של מחשב קוונטי שימושי מתוקן שגיאות.

המשמעות המעשית היא לגבי תקציבי משאבים. אם ניתן לטפח מצבי קסם איכותיים בזול במקום לייצר באמצעות תקורה דומיננטית, דרישות החומרה להפעלת אלגוריתמים כמו שגרת הפקטורינג של שור או סימולציות מורכבות של כימיה קוונטית מתכווצות בהתאם. הפחתת שגיאות של פי 40 בשלב הקסם מורכבת בכל פעולה כזו שמכונה מבצעת.

התמונה הגדולה יותר

התוצאה מגיעה על רקע התגברות התחרות בחומרה קוונטית, כאשר IBM, Quantinuum וקבוצות אקדמיות רודף אחר מכונות מתוקנות שגיאות, ועם בניית הבינה המלאכותית של תעשיית הטכנולוגיה הרחבה יותר שמושכת את רוב הכותרות וההון. ההתקדמות הקוונטית איטית יותר ופחות צפויה, אבל אבני דרך כמו זה - צוואר בקבוק תיאורטי בן שני עשורים שנוקה על חומרת ייצור, שפורסם עם מספרי נאמנות הניתנים לשחזור ביומן שנבדק עמיתים - הם סוג של צעד מורכב שמאפס בשקט את קווי הזמן.

עבור צופי בינה מלאכותית, ישנה גם רלוונטיות משיקה: חלק גדול מהכלים האלגוריתמיים ומערכות הבקרה במעבדות הקוונטים המודרניות מסתמכים יותר ויותר על למידת מכונה לכיול ופענוח שגיאות, דוגמה קטנה אך הולכת וגדלה של AI המאיץ תחומים מדעיים סמוכים.

---

הישאר לפני AI

קבל את החדשות, הניתוחים ופריצות הדרך האחרונות של AI - הכל במקום אחד.

קרא עוד חדשות AI →