לפני זמן לא רב, המגבלות של המחשבים הקלאסיים דחפו מדענים לפתח סוג חדש של מחשוב - מחשוב קוונטי. מחשבים קוונטיים משתמשים בקיוביטים במקום ביטים קלאסיים ויכולים לבצע חישובים מסוימים הרבה יותר מהר ממחשבים קלאסיים. יתרון זה יכול לשנות תחומים רבים ולשפר את חיינו. במאמר זה, נספק סקירה כללית של מחשוב קוונטי, כולל תעשיות ותחומים שניתן לחולל מהפכה על ידי מחשוב קוונטי. נדון גם באתגרים ובסיכונים הקשורים לטכנולוגיה זו, כמו גם מה צופן לה העתיד.
פנים של מערכת מחשוב IBM Quantum. (קרדיט: IBM )
מהו מחשוב קוונטי?
המחשוב עשה כברת דרך מאז פותחה תורת הקוונטים בשנות העשרים והמחשב הניתן לתכנות הראשון, אינטגרטור ומחשב מספרי אלקטרוני ( ENIAC ), נבנה בשנת 1945. המכונה הייתה הראשונה "האוטומטית, למטרות כלליות, האלקטרוניות, מחשב עשרוני, דיגיטלי", לפי ספרו של אדווין ד. ריילי "אבני דרך במדעי המחשב וטכנולוגיית המידע". מהו בעצם מחשוב קוונטי? בקצרה, מדובר בטכנולוגיה המתהווה במהירות הרותמת את חוקי מכניקת הקוונטים כדי לפתור בעיות מורכבות בצורה יעילה וחזקה יותר ממחשבים קלאסיים. עבור כמה בעיות, מחשבי-על הם לא כל כך סופר. בבסיסו, מחשוב קוונטי מסתמך על שימוש בסיביות קוונטיות (קיוביטים) לעיבוד ולתפעל מידע. בניגוד לביטים קלאסיים, שיכולים להתקיים רק באחד משני מצבים (0 או 1), קיוביטים יכולים להתקיים במספר מצבים בו זמנית בשל תופעת הסופרפוזיציה. זה מאפשר למחשבים קוונטיים לבצע חישובים רבים בו זמנית. עקרון מפתח נוסף של מחשוב קוונטי הוא הסתבכות , המאפשרת לקיוביטים להיות מתואמים בצורה כזו שמצבו של קיוביט אחד יכול להשפיע באופן מיידי על מצבו של אחר, גם אם הם מופרדים פיזית. זה מאפשר למחשבים קוונטיים לבצע מטלות מסוימות הרבה יותר מהר ממחשבי-על - הפקת מספרים גדולים, חיפוש בבסיסי נתונים גדולים וכו'.איך מחשבים קוונטיים עובדים?
כפי שצוין זה עתה, מחשבים קוונטיים משתמשים בקיוביטים במקום ביטים כדי להפעיל אלגוריתמים קוונטיים רב-ממדיים. קוויביטים נוצרים באמצעות מוליכים, שמפגינים השפעות מכניות קוונטיות כמו זוגות קופר שיכולים לשאת מטען דרך מבודדים באמצעות מנהור קוונטי. ניתן לשלוט ולתמרן את התנהגות הקיוביטים על ידי ירי פוטונים ממיקרוגל לעברם. ניתן להציב קוויביטים במצב של סופרפוזיציה, המייצגים שילוב של כל התצורות האפשריות של הקיוביט. קבוצות של קיוביטים בסופרפוזיציה יכולות ליצור מרחבים חישוביים מורכבים שיכולים לייצג בעיות מורכבות בדרכים חדשות. מחשבי קוונטים קטנים יותר ודורשים פחות אנרגיה ממחשבי-על אך צריכים להיות קרים מאוד, דבר המושג באמצעות נוזלי-על מקוררים במיוחד.תקריב סכמטי של הקיוביט המוליך-על של יבמ, כולל תצוגה מוגדלת של צומת ג'וזפסון שלה
המצב הנוכחי של מחשוב קוונטי
מחשוב קוונטי הוא תחום מתפתח במהירות שעומד לחולל מהפכה בדרך של פתרון בעיות מורכבות. כמה חברות, כולל IBM, גוגל וריגטי, כבר בנו מחשבים קוונטיים ומשתמשות בהם. מחשבים אלו נעים בגודל ממספר קיוביטים ועד למעלה מ-100 קיוביטים, ולכל אחד יש ארכיטקטורה ומערכת יכולות ייחודיות משלו.- בשנת 2017, ריגטי הכריזה על זמינות הביטא הציבורית של Forest 1.0, סביבת התכנות המלאה הראשונה בעולם עבור מחשוב קוונטי.
- השקמה של גוגל הוא מעבד קוונטי בעל 53 קיוביטים. הוא פותח ב-2019 ונטען כי ישלים משימה ב-200 שניות שתדרוש מחשב-על מתקדם 10,000 שנים כדי לסיים.
- IBM Quantum System One מחשב קוונטי הוצג על ידי IBM גם ב-2019. הוא מכיל מעבד טרנסמון קוונטי של 20 קיוביטים שנמצא במערכת מחשוב בגודל 2.7x2.7x2.7 מטר. באופן מעניין למדי, IBM הכריזה על מעבד 'Osprey' החדש של 433 קיוביטים ב-IBM Quantum Summit 2022.
GO TO FULL VERSION