מי נותן את האות?

איך האות נוצר? איך הוא מגיע? עד כמה הוא מדויק? תבור מפתחת את האלקטרוניקה שיוצרת ודוגמת את אותות הבקרה של מערכות קוונטיות מורכבות

מעבר להייפ ולשיח סביב מחשוב קוונטי המתמקד בקיוביטים, אלגוריתמים והבטחה לפריצת דרך, מסתתרת שכבה, שבלעדיה שום דבר לא עובד: האלקטרוניקה שמפעילה ומבקרת את פעולת המעבד הקוונטי.

"הבעיה האמיתית לא מתחילה במעבד הקוונטי, היא מתחילה הרבה קודם בשאלה איך מפעילים אותו", אומר רון גלזר, נשיא תבור אלקטרוניקס ויזם חטיבת TQS Tabor Quantum) Solutions), הממוקדת בפיתוח רכיבים לתחום הקוונטי.

"אני קודם כל תעשיין", מציין גלזר, נצר למקימי החברה הוותיקה שהוקמה הרבה עשורים לפני שהמונח "מחשב קוונטי" הפך לשגור, וצמחה בעולם של בדיקות, מדידות ויצירת אותות מדויקים במיוחד. לאורך השנים הפכה תבור לאחת הספקיות המובילות של ציוד ליצירה ודגימה של אותות – מחוללי גל, מגברים ופתרונות תוכנה שמאפשרים שליטה מדויקת מאוד באופן שבו אותות נוצרים ומתנהגים.

דווקא הניסיון הזה, שנבנה מחוץ לעולם הקוונטי, הפך לרלוונטי במיוחד עם כניסתה לתחום. "מחשוב קוונטי אינו מתחיל באלגוריתם, אלא באות – בפולסים הפיזיקליים שמגיעים אל ומהקיוביטים ומפעילים אותם", אומר גלזר, וכאן הדרישות קיצוניות: דיוק בתדר, בעוצמה ובתזמון ברמות שמערכות מסורתיות כמעט לא נדרשות להן.

"בסוף הכול מתנקז לייצור ולבקרת האות", אומר גלזר. "איך הוא נוצר או נדגם? איך ותוך כמה זמן הוא מגיע, ועד כמה הוא מדויק ונקי?" תבור מפתחת ומייצרת את האלקטרוניקה שיוצרת ודוגמת את האותות ברמת הביצוע הפיזיקלי. המערכות שלה נועדו לשלוח פולסים מדויקים מאוד, למדוד את התגובה ולשמור על יציבות לאורך זמן, גם כשהמערכת הופכת מורכבת יותר.

המשמעות רחבה:  תבור לא מתמקדת בשאלה מי יבנה את מעבד המחשב החזק ביותר, אלא בפיתוח  מערכת בקרה שלמה בצורה מיטבית ויציבה.  

בעבר, כדי להפעיל מחשב קוונטי היה נדרש לשלוח לקיוביטים סדרה מדויקת של אותות פיזיקליים ולדגום אותם בחזרה. האותות לא נוצרו במקום אחד, אלא עברו דרך כמה מכשירים שונים – מחוללי אותות, דוגמים, ממירי תדר, מגברים ויחידות בקרה – שכל אחד מהם הוסיף עיכוב, רעש או סטייה קטנה. במערכות קטנות יחסית היה ניתן לנהל את זה, אבל ככל שמספר הקיוביטים גדל, גם מספר הערוצים גדל, והמורכבות עולה במהירות. "אם פעם בשביל להריץ עשרות קיוביטים היה נדרש חדר שלם של ציוד", אומר גלזר, "עוד לפני עשור הבנו  שזה לא יכול להימשך כך. זה פשוט לא בר הרחבה".

"לפני כתשע שנים חוללנו במחשבים של IBM ומספר חברות טכנולוגיה מובילות נוספות שינוי טכנולוגי דרמטי, פיתוח ייחודי בטכנולוגית Direct RF של מערכת קטנה, מודולורית וסקילבילית נתנה פתרון מלא ומובנה, במודול אחד קטן ויעיל בהרבה, במקום שימוש בשרשרת ארוכה של מכשירים נפרדים. פחות מכשירים ושלבים בדרך פירושם פחות רעש, פחות עיכובים ושליטה טובה יותר במה שמגיע לקיוביט".

"הטכנולוגיה שפיתחנו מייצגת שינוי בגישה", מדגיש גלזר.  "יש הרבה עיסוק בתיקון שגיאות במחשוב קוונטי, אבל אם האות לא מדויק מלכתחילה, אתה רק מנסה לתקן בעיה שנוצרה קודם. האתגר אינו מסתכם בזיהוי שגיאות לאחר שהתרחשו, אלא ביכולת לצמצם אותן כבר בשלב ההפעלה. זהו מעבר מתפיסה של תיקון בדיעבד לתפיסה של שליטה מראש – לייצר מלכתחילה אות נקי, יציב ומדויק ככל האפשר, כך שהמערכת תתחיל מנקודת פתיחה טובה יותר.

ההבדל הזה נעשה משמעותי יותר ככל שיוצאים מסביבת מעבדה מצומצמת למערכות מורכבות. אומר גלזר, "ברגע שיוצאים מעבודה עם כמה קיוביטים במעבדה ומנסים לבנות מערכת אמיתית, כל בעיה קטנה הופכת לאתגר שמצטבר". היכולת לשלוט באיכות האות ויציבותו לחלון הזמן של "ערעור הקיוביט" כבר בשלב הראשוני, הופכת לחלק מהותי מהיכולת להפעיל מערכת קוונטית לאורך זמן.

"הייחוד של הגישה הזו הוא ביכולת לעבוד בקנה מידה גדול", טוען גלזר. הטכנולוגיה שלנו מתוכננת לפעול בסנכרון בין ערוצים רבים בו-זמנית, כך שניתן להפעיל מספר גדול של קיוביטים בצורה מתואמת. זהו תנאי הכרחי למעבר ממערכות קטנות למערכות מורכבות יותר בסביבה אופרטיבית, שבהן כל סטייה קטנה יכולה להשפיע על התוצאה הכוללת".

המשמעות היא גם טכנולוגית וגם כלכלית. עבור הלקוחות, היכולת לצמצם את מספר הרכיבים ולרכז פונקציות במערכת אחת מורידה מורכבות, מקטינה עלויות ומפשטת את ההפעלה והתחזוקה. במקום מערכת יקרה ומפוזרת שקשה להרחיב, מתקבלת תשתית שאפשר לגדול איתה." היכולות שלנו הובילו את התעשייה להורדה משמעותית בעלויות מערכת הבקרה במחיר לקיוביט", מדגיש גלזר.

עם מערכת שאינה תלויה בארכיטקטורה אחת או בגודל מסוים,  תבור יכולה לפנות לשוק רחב עם למגוון לקוחות ופלטפורמות של מחשבים קוונטיים – ממעבדות מחקר ועד חברות שמפתחות מערכות בקנה מידה גדול. כך מתקבלת פלטפורמה שאפשר להטמיע בסביבות שונות ולהתאים אותה ככל שהמערכות מתפתחות.

גלזר מייחס להשקעה של רשות החדשנות משמעות מצטברת לאורך זמן: "זאת לא רק השקעה כספית אלא היכולת לעבוד עם אקדמיה ועם שחקנים נוספים בתעשייה, על מערכות אמיתיות, ולבדוק את הפתרונות בתנאים אמיתיים".

רשות החדשנות פתחה לנו את האפשרות להכניס את הפתרונות של החברה לסביבות עבודה פעילות, לבחון אותם בתוך מערכות קוונטיות אמיתיות ולכוון אותם בהתאם למה שקורה בפועל – לא רק בתנאי מעבדה מבוקרים. החיבור הזה בין תעשייה, מחקר ותשתיות מאפשר תהליך מתמשך של ניסוי, התאמה ושיפור, שהוא הכרחי בתחום שבו כל סטייה קטנה משפיעה על התוצאה.

גלזר רואה בהשקעה של רשות החדשנות מסגרת עבודה שמאפשרת להתקדם לאורך זמן. עבור חברה שמגיעה מעולמות האלקטרוניקה והמדידה, זו דרך לחבר ידע קיים לדרישות חדשות ושווקים חדשים ולשכלל את הידע עד שהוא עובד בסביבת העבודה האופרטיבית של המערכת הקוונטית. "מה גם שלשמחתי כל השקעה שקיבלנו מרשות החדשנות עד כה הניבה בסופו של דבר תשואה", מוסיף גלזר בסיפוק.