פוסטים

מחשוב קוונטי הוא אחד הנושאים המרכזיים בהתפתחות הטכנולוגית במאה ה-21. פעולת המחשב הקוונטי מבוססת על עקרונות תורת הקוונטים, שנוסחו כבר בשנות ה-20 וה-30 של המאה הקודמת, ורבים מהם משמשים אותנו גם היום. בפוסט זה יוצגו החידושים בתחום, אחרי שבסקירה קודמת הוצגו העקרונות הבסיסיים.

במחשב רגיל, החישובים מתבצעים בטור ובאמצעות ביטים – מתגים חשמליים שיכולים להיות במצב פתוח או סגור - "1" או "0". במחשב קוונטי, יחידת המידע היא קיוביט: רכיב אטומי או תת אטומי (למשל אלקטרון), שיכול להיות בו־זמנית בשני המצבים - "1" וגם "0". תכונה זו מאפשרת למחשב הקוונטי לבצע חישובים רבים במקביל ולהגיע לפתרונות שהיו דורשים ממחשב רגיל אלפי שנים.עיקרון מרכזי נוסף הוא שזירה (entanglement) של קיוביטים. זהו מצב שבו שני חלקיקים "קשורים" זה לזה כך ששינוי באחד משפיע על השני באופן מיידי, גם אם הם רחוקים זה מזה. באמצעות השזירה, מחשבים קוונטיים יכולים לבצע פעולות מקבילות ומורכבות ביעילות גבוהה.

ההתקדמות הנוכחית בפיתוח מחשבים קוונטים ממוקדת בהתמודדות עם אתגרים טכנולוגיים סביב מזעור גודל המערכת, ובניסיונות לאפשר את הפעלתה בתנאי סביבה שאינם מיוחדים. בין השאר, נדרש פיתוח קיוביטים יציבים ואמינים במניעת "רעש קוונטי", הגורם לקריסת מצבים קוונטיים ולהפקת תוצאה קלאסית שגויה, הרחבת מאגר האלגוריתמים הקיים, פיתוח תוכנה לצמצום השגיאות במהלך החישוב, פיתוח מערכות מחשוב אופטי לשם אופטימיזצית תהליכים מרובי משתנים, ואפשרות לפיתוח מערכות היברידיות - מערכות שמשלבות מחשב קוונטי עם מחשב רגיל.

כיום קיימות מספר שיטות ליצירת קיוביטים. ההתקדמות המרכזית באה לידי ביטוי באפשרות לפיתוח שבבים שמסוגלים להכיל אלפי קיוביטים ואף יותר, מבלי שיפריעו זה לזה. חלק מהשבבים משתמשים בעל-מוליכים, חומרים שיכולים להעביר זרם חשמלי ללא התנגדות. שבבים אחרים משתמשים בקיוביטים טופולוגיים, המבוססים על שילוב מוליכים ועל-מוליכים אשר בתנאים מיוחדים יכולים לייצר פאזה טופולוגית: ייצור חומר בעל יכולת הולכת חשמל באזורים ספציפיים, למשל בקצוות המוליך, בעוד השאר נשארים מבודדים, יכולת זו מאפשרת הפחתה של הפרעות חיצוניות או קריסה.

הפיתוחים האלו נשענים על מחקרי פיזיקה שזכו בפרסי נובל: בשנת 2025 עבור פיתוח התקנים מבוססי על־מוליכים, ובשנת 2016 עבור גילוי פאזות טופולוגיות.