מעבד קוונטי מתוכנת החושב באמצעות חלקיקי אור בפלטפורמה שבין שני קילים פועל בחלל, לפי צוות מחקר בהובלת פרופסור פיליפ וולטר מאוניברסיטת וינה, שמגדיר אותו כראשון מסוגו לבצע בכך. במשך שמונה חודשים בערך, המכשיר יצק, שלט, ואיתר זוגות של פוטונים והציג את ההפרעה הקוונטית שהינה הבסיס לחישובים קוונטיים באמצעות פוטונים — כך סיכמה הדו"ח על חישוב קוונטי.
התוצאות מתפרסמות כטקסט מקדים שהועלה ל-ArXiv על ידי צוות וינה, ואין עדיין ביקורת עמיתים רשמית על המחקר. החוקרים מתארים את הפיתוח כצעד ראשון, ולא כ-Instant קוונטי במרחב.
המטרה הארוכת טווח קשורה באופן שבו אנו עוקבים אחר כדור הארץ שלנו. מרובי לוויינים קולטנים כמות עצומה של נתוני מקור, שעל חלקם לא יכולים לשדר חזרה לקרקע בשל היקף השידור ולוח הזמנים המוגבל של קשר עם תחנות קבלה. עיבוד חלק מהמידע על גבי החללית עצמה עלול לשפר את היעילות, והקבוצה הוינאית בודקת אם הפתרון הקוונטי יוכל בעתיד לבצע את העבודה הזו.
חישוב באמצעות חלקיקי אור
רבים ממחשבי הקוונטים משתמשים במעגלים קרירים מאוד או באטומים שנתפסו במקומם, אך מכשיר זה משתמש בפוטונים. בליבו מופיע מקור פוטונים שמייצר זוגות שלהם, ושולח אותם לרשת תכנונים אופ্টית שנחרטה על רכיב זכוכית קטן, לפי כתבת ב-ScienceAlert.
המארז כולל את מקור זוגות הפוטונים, מעגל פוטוני שישה מצבים שנחצב מזכוכית, גלאי פוטונים בודדים, ורכיבי אלקטרוניקה לשליטה, והשקל שלו כ-10 קילוגרם. כדי שהמכשיר יעבוד באופן תקין, הפוטונים הזוגיים חייבים להיות זהים בתזמון, באורך הגל ובקוטביות. כאשר שני פוטונים זהים נכנסים מנוגדים לסוג של מפגש אופטי באותו רגע, הם נוטים לצאת יחד, במקום בנפרד — תופעה קוונטית הנקראת הפרעת הונג-או-מנדל.
הצוות זיהה תופעה זו בחלל. על ידי שינוי הדרגתי של הטמפרטורה של הקריסטל שמייצר את הפוטונים, הם כיוונו את החלקיקים עד שהתאימו אותם זה לזה. בטמפרטורה של כ-32.5 מעלות צלזיוס (90.5 מעלות פרנהייט), הקרובה יותר לערך החיזוי מבדיקות קרקע, שיעור הפוטונים היוצאים בנפרד ירד sharply, והציג את ה"דפיקה" המאפיינת — סימן על ההפרעה הקוונטית. בנוסף, ביצעו פעולות תכנוניות על השבב.
הדרך לחלל לא חלקה
המכשיר שוגר לחלל ב-23 ביוני 2025 על גבי מטוס-חלל מסוג Falcon 9 של SpaceX, לפי הודעה של אוניברסיטת וינה. הוא בדיוק שוגר למרחק של כ-510 קילומטרים מעל כדור הארץ, על פלטפורמת D-Orbit ION. לפני השיגור, חיזקו את הרכיבים הרגישים והדביקו חלקים שלא יכלו לזוז. דגמי תפקוד נבדקו במבצעים שדרשו רושם של כ-1,500 פעמים כבידת כדור הארץ בתדר רסיס.
החלל עצמו הציב אתגרים משלו. רק שלושה מתוך ששת גלאי הפוטונים היו שמישים. קרינת השמש יצרה רקע רועש, ולכן ביצעו את המדידות המפורטות ביותר שניתן היה לבצע כאשר השבתות של כבידת כדור הארץ, וחברת המארז – שכיסה את המכשיר במסך אלומיניום בעובי סנטימטר אחד, חסמה חלק גדול מקרינת האלקטרונים אך לא את כל הפרוטונים. לאחר 52 ימים בחלל, שיעור הספירות השגויות עלה משמעותית, וחשבונות השגיאה התייצבו מחדש לאחר התאמות במתח הגלאים.
גם בלייזר נתקל הצוות בקשיים. הדבק שהוחדר לתוך הלייזר שחרר אדים שהכתימו את האופטיקה הסמוכה, וכתוצאה מכך, בפעילות בקרקע הפחתת היציאה של הלייזר מ-20 מיליוווטים ל-4 במטען תוך שבוע, והחלשה נוספת במרוצה.
למרות הקשיים הללו, הראות של ההפרעה הקוונטית שהושגה היתה 0.908, הגבוהה מהגבול הקלאסי של 0.5. לאור יתר הסטייה, התוצאה עברה את הסף במספר סטיות תקן של 2.14. הצוות שיחזר את התופעה בימים נפרדים, והיא נעלמה כאשר התבצע תכנון המכשיר כך שלא תופיע.
לווייני מעקב אחר כדור הארץ — היעד המרכזי
לוויינים שמנטרים סערות, שריפות, שיטפונות, קרח ושינויים קרקעיים מייצרים היקפי נתונים עצומים. מחקרי הצוות מבקשים לתכנן חומרה קוונטית שמתמחה סיווג ודחיסת נתוני חישה מרחוק, ולשלוח רק את התוצאות הקריטיות לקרקע, כתבו החוקרים.
אם זה יצליח במישורים רחבים, הדבר עשוי לקצר את הזמן בין זיהוי תופעה על ידי הלוויין וקבלת התוצאות על הקרקע. ההבטחות הן עדיין היפותטיות. בבדיקות אלה לא נוצרו תצלומי לוויין, נתוני מזג אוויר, או תצלומים של אירועים חירום, אלא הוצגו אבני בניין בסיסיות בלבד, שהם לא פתרון מעשי מיידי. מחשבים שמיועדים לשבת על הלוויין כבר מבצעים דחיסה וסינון חלקי של הנתונים, כך שכל פתרון קוונטי יצטרך להראות עדיפות ברורה על פני שיטות קיימות.
ראיות ראשוניות, ולא מערכת סופית
זו רק תוצאה אחת מתוך טקסט מקדים שפורסם ב-ArXiv, ולחברי מומחים חיצוניים עדיין לא הושגה סקירה מפורטת ואומצה רשמית. המדידות הקוונטיות החשובות היו מלוות בלא מעט אי דיוקים, והכשלונים בציוד — מגלי הפוטונים שנעלמו, ועד ללייזר שמתמעט — הגביל מאוד את ההיקף של ההערכות שניתן לבצע.
גם הגבלות אלה הן בעלות ערך. החוקרים למדו אילו חלקים נכשלו בחלל, ולמה, החל מגליצר שמפריש וגזים, ועד לגלי קרינה שפגמו בגלאים. תובנות אלה משמשות כיסוד לתכנונים חזקים יותר ולבניית מכשירים עמידים יותר בעתיד. הפרויקט אומץ בפועל תוך כ-18 חודשים, במימון מקורות אוסטריאליים, ביניהם כ-2 מיליון אירו מקרן התמריצים המחקריים של אוסטריה, על פי דיווחים של אמצעי תקשורת וינה.
החוקרים מבהירים כי מעבדים בחלל הם שותפים טבעיים לקישורי התקשורת הקוונטיים שכבר מוקמו בין לוויינים ותחנות קרקע. כמה זמן ייקח עד שיפתחו וישפרו מעבדים כאלה שיהיו מיועדים לשימושים מעשיים על כדור הארץ, והאם הם יעמדו באתגרים של תפעול שוטף — עדיין לא ברור.
מה שהקוראים צריכים לדעת
-
מה קרה?
צוות מוינה דיווח שמעבד קוונטי מתוכנת הפועל באמצעות פוטונים תפקד באורח ניסיוני בחלל, למשך שמונה חודשים, והציג הפרעה קוונטית בין זוגות פוטונים בחלל. -
האם זהו מחשב קוונטי מלא?
לא. זה מעבד פוטוני קטן שהדגים תפעול בסיסי. הצוות מגדיר אותו כשלב ראשון, ולא כמערכת מימוש של מחשב קוונטי שלם. -
האם המחקר עבר ביקורת עמיתים?
עדיין לא. התוצאות פורסמו כטקסט מקדים ב-ArXiv וללא סקירה חיצונית רשמית. -
באילו בעיות התמודד המכשיר בחלל?
רק שלושה מתוך שישה גלאי הפוטונים היו בשימוש, אור השמש יצר רעש, הקרינה שיבשה את הגלאים, והדבק שהחזיק את הרכיבים במקומו התנדף, מה שפגע בלייזר וגרם לירידה ביעילות. -
כיצד זה יכול לסייע בחקר כדור הארץ?
החוקרים שואפים לתכנן חומרה שתסווג ותדזן נתוני חישה מרחוק במידות הלוויין, ותשלח רק את התוצאות — יעילות שיכולה להפחית את העומס על קווי התקשורת ולשפר את קצב קבלת הנתונים. -
מתי ניתן יהיה לשימוש במכשירים כאלה על לוויינים אמיתיים?
עדיין לא נקבע כל תאריך. דרוש פיתוח חומרה עמידה יותר ובדיקות נוספות לפני שניתן יהיה ליישם זאת בשטח.
