בשנים האחרונות אנו חווים התעוררות מרשימה של המדע הקוונטי, שבאה לידי ביטוי בריבוי של חברות סטרט-אפ העוסקות בנושא. המשותף למשפחת הטכנולוגיות האלה, הוא אחסון וטיפול במידע באופן שפריטי המידע אינם ביטים (0 או 1) אלא מצבים קוונטיים - כאלה היכולים לאכלס כל צירוף בו-זמני של הערכים האלה.

נכון להיום, הבעיה העיקרית העומדת בפני המדע הקוונטי היא שאותם ״ביטים קוונטיים״ המקודדים מצב קוונטי (Qubit), הם שבריריים, וצוברים שגיאות כתוצאה מרעשים במערכת. התוצאה היא תהליכי חישוב עתירי שגיאות - מה שמעמיד מחסום משמעותי בפני כל יישום טכנולוגי של המדע הקוונטי.

כיצד פותרים את זה? איך מייצרים מידע קוונטי חסין מפני שגיאות? 

כאן נכנס לתמונה רעיון חדש. רעיון זה מתבסס על מצבים הקרויים ״מצבים טופולגיים״, שהם האנלוג הקוונטי לנעילה של האופניים במנעול. מנעול סגור - מצב אחד, מנעול פתוח - מצב שני. מזה כשני עשורים שרעיון זה מקודם על ידי פיסיקאים תיאורטיים. לטענתם, אם רק נוכל לייצר את אותם מצבים טופולוגיים מסתוריים, ניתן יהיה לקודד פעולות לוגיות על ידי סיבוב של המצבים - סיבוב ימינה = מצב 1, סיבוב שמאלה - מצב שני.

כלומר, הפיסיקאים התיאורטיים מעמידים בפנינו שתי דרישות: 

1. לבנות מצב טופולוגי.

2. להזיז אותו במרחב באופן שיקודד פעולות מתמטיות.

אבל כיצד ניתן לייצר את אותם מצבים? וכיצד ניתן להזיז אותם במרחב? מועמד אפשרי הוא אובייקט הנקרא ווקרטס (מערבולת). הוורטקס הוא קו יחיד של שדה מגנטי החוצה חומר על-מוליך. לטענת החוקרים, בעל-מוליכים מסוג מסויים, פעולת הסיבוב של זוג וורטקסים זה מסביב לזה אמורה לקודד את אותם מצבים מסתוריים.

כדי ליישם את אותו ״מחשב קוונטי טופולגי״ נחשק, קיימים כיום מספר חסמים טכנולוגיים. הבעיה הראשונה היא שעד עתה לא היתה קיימת יכולת לבנות מיקרו-צי׳פ שינהל את תנועת הוורטקסים במהירות ובאמינות לצורך ניהול פעולת החישוב. 

זו הבעיה צוות חוקרים מהאוניברסיטה העברית בראשות ד"ר יונתן אנהורי פרופ' הדר שטיינברג, והסטודנט איתי קרן ממכון רקח לפיזיקה פתרו על ידי תכנון מושכל של לולאות זרם השולטות באופן מדויק במיקום הוורטסים.

זוהי פריצת דרך, המאפשרת כעת לגשת לשלב הבא - בניית התקן הכולל מנגנון של גילוי המצב הקוונטי של הוורטקס - ובדיקת התכנות של רעיון המחשב הקוונטי הטופולוגי שאמור להיות ״חסין רעש״.

לכתבה המלאה