⭐ נקודות עיקריות
- חברת IBM חיברה לראשונה שתי יחידות קירור קוונטיות למערכת מודולרית אחת.
- המערך מגיע לטמפרטורה של פחות מ-15 מיליקלווין, פי 180 קר יותר מהחלל החיצון.
- סביבת הקירור הכרחית לנטרול רעש תרמי ושמירה על יציבותם של הקיוביטים.
- המהלך מהווה תשתית הנדסית לקראת מחשב קוונטי עמיד לשגיאות בשנת 2029.
חברת IBM בנתה את אחת הסביבות הקרות ביותר שנוצרו אי פעם בידי בני-אדם. מערך הקירור החדש שהחברה הציגה יורד לטמפרטורה שנמוכה מ-15 מיליקלווין (כ-273.135- מעלות צלזיוס), רמה שנמצאת כמאית וחצי מעלות בלבד מעל האפס המוחלט וטמפרטורה שקרה פי 180 מזו שבחלל החיצון.
הקור הקיצוני הזה הוא לא מטרה בפני עצמה, אלא התנאי שמאפשר לקיוביטים לפעול בלי שרעש תרמי ישבש את החישוב. כעת החברה חיברה לראשונה שתי יחידות קירור קריוגניות כאלה למערך מודולרי אחד, שלב הכרחי בדרך לקישור מאות מעבדים קוונטיים למחשב יחיד.
ארכיטקטורת הקירור החדשה מהווה את התשתית הדרושה לקראת השקת מחשב IBM Quantum Starling ב-2029, שצפוי להיות המחשב הקוונטי הראשון בעולם שעמיד לשגיאות (Fault-Tolerant).
חשיבות הקירור במחשוב קוונטי
מחשבים קוונטיים מתבססים על שימוש בקיוביטים (Qubits), ביטים קוונטיים הרגישים באופן קיצוני לכל שינוי בסביבתם. כל מקור חום במערכת מתורגם לרעש תרמי, שעלול לשבש את המצב הקוונטי של הרכיבים ולגרום לשגיאות בחישוב.
הורדת הטמפרטורה לסביבה של פחות מ-15 מיליקלווין מנטרלת כמעט לחלוטין את הרעש התרמי הזה. הסביבה הקפואה מחייבת הנדסה מורכבת, אך היא התנאי ההכרחי המאפשר לאלפי קיוביטים לפעול יחד ביציבות לאורך זמן.
המשמעות עבור המשתמש הסופי היא שהקירור, ולא מספר הקיוביטים, הוא כיום צוואר הבקבוק של התחום – שבב בודד מוגבל בגודל הפיזי שלו, ולכן הדרך אל מחשב קוונטי שיאיץ תחומים כמו פיתוח תרופות או גילוי חומרים חדשים עוברת דרך חיבור מודולים נפרדים לסביבה קפואה אחת.
ארכיטקטורה וטכנולוגיה
שתי יחידות הקירור המודולריות הראשונות מתנשאות יחד לגובה של יותר מ-2.4 מטרים ולרוחב דומה. בניסויים שערכה החברה, המערך הצליח לרדת תחילה לטמפרטורה של 4 קלווין בפחות מ-5 ימים, וזמן קצר לאחר מכן התייצב על טמפרטורת העבודה הסופית שלו.
תא הוואקום בכל יחידה מציע מרחב חיווט הגדול עד פי 12 ביחס למערכות הקוונטיות הנפוצות של החברה. המרחב הנוסף מאפשר להעביר חיבורים מרובים, הן בתוך כל מודול והן בין מודולים סמוכים המוצבים בשורה.
המבנה החדש מנצל את השטח כדי לקשר את המעבדים הקוונטיים באופן ישיר באמצעות רכיבי L-coupler. טכנולוגיה זו מאפשרת לשבבים נפרדים לחלוק מידע ולתקשר זה עם זה, כך שהם פועלים בפועל כיחידת חישוב אחת.
לוחות זמנים
בהמשך השנה מתכננת IBM להתקין מעבדי IBM Quantum Nighthawk בתוך מערך הקירור החדש, במטרה להרחיב את בדיקות הביצועים התפעוליות.
Nighthawk הוא המעבד הקוונטי המתקדם ביותר של החברה כיום, ובבסיס שלו ניתן למצוא 120 קיוביטים המחוברים ביניהם באמצעות 218 מצמדים מכווננים (Tunable Couplers) במבנה סריג מרובע, מה שמאפשר להריץ מעגלים קוונטיים מורכבים בכ-30% יותר בהשוואה למעבדי Heron של הדור הקודם.
על פי מפת הדרכים של החברה, עד שנת 2027 ישמשו רכיבי ה-L-coupler לקישור מעבדים למחשב קוונטי אחד שיכלול 1,000 קיוביטים ניתנים לתכנות לכל הפחות.
עם כניסתה לפעילות של מערכת Starling המתוכננת ל-2029, מתכננת החברה כי כל מודול קירור יכיל בתוכו אלפי קיוביטים.
