חוקרים פיתחו מעבד פורץ דרך מבוסס אור המשפר את היעילות והמדרגיות של מחשוב קוונטי ותקשורת. על ידי מזעור הפסדי אור, המעבד מבטיח התקדמות משמעותית ביישומי העברת נתונים וחישה מאובטחים. קרדיט: twoday.co.il.com
צוות של מדענים יצר מעבד קוונטי מבוסס אור שניתן לתכנות מחדש, המפחית את הפסדי האור ומאפשר התקדמות בתחום מחשוב קוונטי ותקשורת מאובטחת.
מדענים יצרו מעבד מבוסס-אור שניתן לתכנות מחדש, מעבד ראשון בעולם, שלדבריהם יכול לפתח עידן חדש של מחשוב קוונטי ותקשורת.
טכנולוגיות בתחומים מתפתחים אלה הפועלים ברמה האטומית כבר מממשות יתרונות גדולים לגילוי תרופות ויישומים אחרים בקנה מידה קטן.
בעתיד, מחשבים קוונטיים בקנה מידה גדול מבטיחים להיות מסוגלים לפתור בעיות מורכבות שיהיו בלתי אפשריות עבור המחשבים של היום.
החוקר הראשי פרופסור אלברטו פרוצו מאוניברסיטת RMIT באוסטרליה אמר שהמעבד של הצוות – מכשיר פוטוניקה, שהשתמש בחלקיקי אור לשאת מידע – יכול לעזור לאפשר חישובים קוונטיים מוצלחים, על ידי מזעור "הפסדי אור".
שיפור היעילות הקוונטית
"העיצוב שלנו הופך את המחשב הקוונטי הפוטוני הקוונטי ליעיל יותר במונחים של הפסדי אור, וזה קריטי ליכולת להמשיך את החישוב", אמר פרוצו, העומד בראש מרכז המצוינות של ARC לטכנולוגיית חישוב ותקשורת קוונטית (CQC2T) ב-RMIT.
"אם אתה מאבד אור, אתה צריך להפעיל מחדש את החישוב."
התקדמות פוטנציאלית נוספת כללה יכולות העברת נתונים משופרות עבור מערכות תקשורת "בלתי ניתנות לפריצה" ויישומי חישה משופרים בניטור סביבתי ובריאות, אמר פרוצו.
המעבד מבוסס האור הניתן לתכנות מחדש של הצוות. קרדיט: וויל רייט, אוניברסיטת RMIT
הישגי מחקר ופיתוח
הצוות תכנת מחדש מעבד פוטוניק במגוון ניסויים, והשיג ביצועים שווה ערך ל-2,500 מכשירים, על ידי הפעלת מתחים משתנים. התוצאות והניתוח שלהם מתפרסמים ב תקשורת טבע.
"החידוש הזה יכול להוביל לפלטפורמה קומפקטית יותר וניתנת להרחבה עבור מעבדים פוטונים קוונטיים", אמר פרוצו.
יאנג יאנג, הסופר הראשי וחוקר הדוקטורט של RMIT, אמר שהמכשיר "ניתן לשליטה מלאה", אפשר תכנות מחדש מהיר עם צריכת חשמל מופחתת, והחליף את הצורך בייצור מכשירים מותאמים רבים.
"הדגמנו בניסוי דינמיקה פיזית שונה במכשיר בודד", אמר.
"זה כמו שיש לנו מתג לשלוט כיצד חלקיקים מתנהגים, וזה שימושי הן להבנת העולם הקוונטי והן ליצירת טכנולוגיות קוונטיות חדשות."
חדשנות בשיתוף פעולה
פרופסור מירקו לובינו מאוניברסיטת טרנטו באיטליה יצר את המכשיר הפוטוני החדשני, באמצעות גביש בשם ליתיום ניובאט, ופרופסור יוג'ש ג'וגלקאר מאוניברסיטת אינדיאנה פורדו באוניברסיטת אינדיאנפוליס בארצות הברית הביא את המומחיות שלו בפיזיקה של החומר המעובה.
לליתיום ניובאט תכונות אופטיות ואלקטרו-אופטיות ייחודיות, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור יישומים שונים באופטיקה ופוטוניקה.
"הקבוצה שלי הייתה מעורבת בייצור המכשיר, מה שהיה מאתגר במיוחד מכיוון שהיינו צריכים למזער מספר רב של אלקטרודות על גבי מובילי הגלים כדי להשיג רמה זו של יכולת תצורה מחדש", אמר לובינו.
"מעבדים פוטוניים הניתנים לתכנות מציעים מסלול חדש לחקור מגוון של תופעות במכשירים אלה, שעלולים לפתוח התקדמות מדהימה בטכנולוגיה ובמדע", אמר ג'וגלקאר.
קידום בקרה קוונטית
בינתיים, הצוות של פרוצו פיתח גם מערכת היברידית ראשונה בעולם המשלבת למידת מכונה עם מודלים לתכנות מעבדים פוטוניים ולעזור לשלוט בהתקנים הקוונטיים.
פרוצו אמר שהשליטה במחשב קוונטי חיונית כדי להבטיח את דיוק ויעילות עיבוד הנתונים.
"אחד האתגרים הגדולים ביותר לדיוק הפלט של המכשיר הוא רעש, שמתאר את ההפרעות בסביבה הקוונטית שמשפיעה על ביצועי הקיוביטים", אמר.
קוויביטים הם היחידות הבסיסיות של מחשוב קוונטי.
"יש מגוון שלם של תעשיות שמפתחות מחשוב קוונטי בקנה מידה מלא, אבל הן עדיין נלחמות נגד השגיאות וחוסר היעילות הנגרמות מרעש", אמר פרוצו.
ניסיונות לשלוט בקיוביטים הסתמכו בדרך כלל על הנחות לגבי מהו רעש ומה גרם לו, אמר פרוצו.
"במקום להניח הנחות, פיתחנו פרוטוקול שמשתמש בלמידת מכונה כדי לחקור את הרעש תוך שימוש במודלים כדי לחזות מה המערכת עושה בתגובה לרעש", אמר.
עם השימוש במעבדים הפוטונים הקוונטיים, פרוצו אמר ששיטה היברידית זו יכולה לעזור למחשבים קוונטיים לבצע בצורה מדויקת ויעילה יותר, ולהשפיע על האופן שבו אנו שולטים במכשירים קוונטיים בעתיד.
"אנו מאמינים לשיטה ההיברידית החדשה שלנו יש פוטנציאל להפוך לגישת הבקרה המרכזית במחשוב קוונטי", אמר פרוצו.
המחבר הראשי ד"ר Akram Youssry, מ-RMIT, אמר כי התוצאות של הגישה החדשה שפותחה הראו שיפור משמעותי בהשוואה לשיטות המסורתיות של מידול ובקרה, וניתן ליישם אותם על מכשירים קוונטיים אחרים מעבר למעבדים פוטוניים.
"השיטה עזרה לנו לחשוף ולהבין היבטים של המכשירים שלנו שהם מעבר למודלים הפיזיים הידועים של הטכנולוגיה הזו", אמר.
"זה יעזור לנו לעצב מכשירים טובים עוד יותר בעתיד."
עבודה זו מתפרסמת ב Npj מידע קוונטי.
סיכויי עתיד והפוטנציאל של מחשוב קוונטי
פרוצו אמר שחברות סטארט-אפ בתחום המחשוב הקוונטי יכולות להיווצר סביב עיצוב המכשירים הפוטוניים ושיטת הבקרה הקוונטית של הצוות שלו, שאותה הם ימשיכו ללמוד במונחים של יישומים ו"מלוא הפוטנציאל" שלהם.
"פוטוניקה קוונטית היא אחת מהתעשיות הקוונטיות המבטיחות ביותר, מכיוון שתעשיית הפוטוניקה ותשתיות הייצור מבוססות היטב", אמר.
"לאלגוריתמים של למידת מכונה קוונטית יש יתרונות פוטנציאליים על פני שיטות אחרות במשימות מסוימות, במיוחד כאשר עוסקים במערכי נתונים גדולים.
"תארו לעצמכם עולם שבו מחשבים עובדים פי מיליוני מהר יותר ממה שהם עושים היום, שבו אנחנו יכולים לשלוח מידע בצורה מאובטחת בלי שום חשש שיירט אותו, ושבו נוכל לפתור בעיות בשניות שייקחו כיום שנים.
"זו לא רק פנטזיה – זה העתיד הפוטנציאלי המופעל על ידי טכנולוגיות קוונטיות, ומחקר כמו שלנו סולל את הדרך."
