מחשוב קוונטי מבוסס מדידה

חישוב קוונטי מבוסס מדידה (באנגלית: Measurement-Based Quantum Computing, בקיצור: MBQC) הוא מודל חישובי בתחום מחשוב קוונטי, שבו עיקר פעולת החישוב מתבצעת באמצעות מדידות קוונטיות של קיוביטים הנמצאים במצב שזור, ולא באמצעות סדרת שערים לוגיים קוונטיים, כמקובל במודל המעגל הקוונטי. זהו מודל עוצמתי, שקול מבחינת כוח חישובי למודל המעגלים, אך מציע פרדיגמה שונה לגמרי באופן ביצוע החישוב.

המודל נחשב לאחת האלטרנטיבות החשובות למימוש חישובים קוונטיים, במיוחד בטכנולוגיות מבוססות פוטונים.

 עקרונות המודל 
מודל MBQC מתבסס על שלושה שלבים עיקריים:
 הכנה של מצב שזור (Cluster State): בשלב זה יוצרים רשת גדולה של קיוביטים במצב שזור חזק. הרשת לרוב מתוארת כגרף דו-ממדי שבו כל קיוביט "מחובר" בקשר שזירה עם שכניו. מצבים אלה מכונים Cluster States ונחשבים למשאבים חישוביים חזקים.
 ביצוע מדידות חד-קיוביטיות בזוויות משתנות: החישוב מתבצע על ידי מדידות של קיוביטים בודדים בזוויות שנבחרות לפי האלגוריתם הרצוי. לעיתים יש לבצע התאמות לזוויות המדידה בהתאם לתוצאות קודמות – תהליך זה מכונה מדידה אדפטיבית.
 פענוח התוצאה: לאחר סיום המדידות, קוראים את הפלט מתוך המדידות האחרונות שנותרו. תוצאה זו מייצגת את פלט החישוב.

 הבדל ממודלים אחרים 
ההבדל המרכזי בין MBQC לבין מודל המעגלים הוא ש־MBQC מסתמך כולו על מדידות ולא על שערים לוגיים. במודל המעגלים יש לבצע רצף פעולות שער קוונטי על הקיוביטים. לעומת זאת, ב־MBQC יוצרים מראש את כל הקשרים הקוונטיים, והחישוב עצמו מבוצע באמצעות מדידות חד-קיוביטיות בלבד. זה הופך את המודל לנוח יחסית ליישום במערכות שבהן קשה לממש שערים, אך קל למדוד (כגון מערכות פוטוניות).

 יתרונות 
 הפרדה בין הכנה לחישוב: ניתן להכין מראש את המצב השזור, ולאחר מכן לבצע את החישוב כולו באמצעות מדידות בלבד – דבר שמפשט את ניהול החישוב בזמן אמת.
 התאמה לטכנולוגיות פוטוניות: במערכות פוטוניות קשה לממש שערים דו-קיוביטיים, אך ניתן ליצור שזירה ולבצע מדידות ביעילות גבוהה.
 תמיכה בתיקון שגיאות: יש מחקרים המצביעים על כך שניתן לשלב תיקון שגיאות קוונטי באופן טבעי יחסית במודל זה.

 חסרונות ואתגרים 
 יצירת Cluster States גדולים בקנה מידה משמעותי דורשת שליטה מדויקת במערכות קוונטיות מורכבות.
 נדרשת שליטה מדויקת בזוויות המדידה, ולעיתים התאמה דינמית של זוויות לפי תוצאות קודמות.
 מערכת הבקרה צריכה לעבד תוצאות בזמן אמת ולהתאים מדידות עתידיות בהתאם, דבר שמגביר את המורכבות ההנדסית.

 יישומים ומחקר 
MBQC נחקר רבות בתחום הניסויי והתאורטי. בתחום הניסויי, המודל נבחן בעיקר בטכנולוגיות אופטיקה קוונטית, שבהן ניתן ליצור Cluster States באמצעות פוטונים ולעשות בהם מדידות ברמת דיוק גבוהה. כמו כן, נערכים מחקרים על יישום המודל בטכנולוגיות נוספות כמו יונים לכודים, מצבים טופולוגיים, וספינים של אלקטרונים במוליכים למחצה.

מחקרים עכשוויים בוחנים גם הרחבות של המודל לתחומים כמו חישוב קוונטי מבוזר או שימוש במשאבים קוונטיים חדשים כגון מצבים טופולוגיים מוגנים.

 קשר לאוניברסליות חישובית 
חישוב קוונטי מבוסס מדידה הוא אוניברסלי, כלומר – ניתן לממש באמצעותו כל חישוב קוונטי שניתן למימוש במודל המעגלים. אלגוריתמים קוונטיים מוכרים כגון אלגוריתם שור או אלגוריתם גרוב ניתנים לתרגום לייצוג במודל זה.

 קישורים חיצוניים 


קטגוריה:אלגוריתמים קוונטיים