מהו מחשוב קוונטי? העידן הבא של אבולוציה חישובית, הסבר

כאשר אתה נתקל לראשונה במונח "מחשב קוונטי", אתה עלול להעביר אותו כאיזה ​​מושג מדע בדיוני רחוק יותר מאשר ידיעה עכשווית רצינית.

אבל עם הביטוי שנזרק בתדירות הולכת וגוברת, מובן לתהות מה זה בדיוק מחשבים קוונטיים, ולא פחות מובן להיות אובד עצות איפה לצלול פנימה. הנה התקציר של מחשבים קוונטיים, למה יש כל כך הרבה באז סביבם ומה הם עשויים להיות המשמעותיים עבורך.

מהו מחשוב קוונטי וכיצד הוא עובד?

כל המחשוב מסתמך על ביטים, יחידת המידע הקטנה ביותר המקודדת כמצב "מופעל" או מצב "כבוי", המכונה בדרך כלל 1 או 0, במדיום פיזי כזה או אחר.

רוב הזמן, קצת לוקח את הצורה הפיזית של אות חשמלי העובר על המעגלים בלוח האם של המחשב. על ידי חיבור מספר ביטים יחד, נוכל לייצג דברים מורכבים ושימושיים יותר כמו טקסט, מוזיקה ועוד.

שני ההבדלים העיקריים בין סיביות קוונטיות לביטים "קלאסיים" (מהמחשבים בהם אנו משתמשים כיום) הם הצורה הפיזית שהסיביות לובשות, ובהתאמה, אופי הנתונים המקודדים בהם. הביטים החשמליים של מחשב קלאסי יכולים להתקיים רק במצב אחד בכל פעם, או 1 או 0.

סיביות קוונטיות (או "קיוביטים") עשויים מחלקיקים תת-אטומיים, כלומר פוטונים בודדים או אלקטרונים. מכיוון שחלקיקים תת-אטומיים אלו תואמים יותר לכללי מכניקת הקוונטים מאשר למכניקה הקלאסית, הם מציגים את התכונות המוזרות של חלקיקי הקוונטים. המאפיינים הבולטים ביותר עבור מדעני מחשבים הוא סופרפוזיציה. זהו הרעיון שחלקיק יכול להתקיים במספר מצבים בו זמנית, לפחות עד שמצב זה נמדד ויתמוטט למצב בודד. על ידי רתימת תכונת הסופרפוזיציה הזו, מדעני מחשב יכולים לגרום לקיוביטים לקודד 1 ו-0 בו זמנית.

המוזרות המכאנית הקוונטית האחרת שגורמת למחשבי קוונטים לתקתק היא הסתבכות, קישור של שני חלקיקים קוונטיים או, במקרה הזה, שני קיוביטים. כאשר שני החלקיקים מסתבכים, השינוי במצבו של חלקיק אחד ישנה את מצב השותף שלו ב- דרך צפויה, שמגיעה שימושית כשמגיע הזמן להביא מחשב קוונטי לחשב את התשובה לבעיה אתה מאכיל אותו.

הקיוביטים של מחשב קוונטי מתחילים במצב ההיברידי 1-ו-0 שלהם כשהמחשב מתחיל בהתחלה לחשוף בעיה. כאשר הפתרון נמצא, הקיוביטים בסופרפוזיציה קורסים לכיוון הנכון של 1 ו-0 יציבים להחזרת הפתרון.

מה היתרון של מחשוב קוונטי?

מלבד העובדה שהם הרבה מעבר להישג ידם של כולם מלבד צוותי המחקר המובחרים ביותר (וכנראה יישארו כך לזמן מה), לרובנו אין הרבה שימוש במחשבים קוונטיים. הם אינם מציעים שום יתרון אמיתי על פני מחשבים קלאסיים עבור סוגי המשימות שאנו עושים רוב הזמן.

עם זאת, אפילו מחשבי העל הקלאסיים האימתניים ביותר מתקשים לפצח בעיות מסוימות בשל המורכבות החישובית הטבועה בהם. הסיבה לכך היא שחלק מהחישובים יכולים להיות מושגים רק בכוח גס, בניחוש עד שנמצאת התשובה. בסופו של דבר הם מקבלים כל כך הרבה פתרונות אפשריים שייקח אלפי שנים עד שכל מחשבי העל בעולם ביחד ימצאו את המתאים.

תכונת הסופרפוזיציה המוצגת על ידי קיוביטים יכולה לאפשר למחשבי-על לקצץ את זמן הניחוש הזה בצורה חדה. חישובי ניסוי וטעייה מייגעים של המחשוב הקלאסי יכולים לעשות רק ניחוש אחד בכל פעם, בעוד שהמצב הכפול של 1 ו-0 של הקיוביטים של מחשב קוונטי מאפשר לו לבצע ניחושים מרובים באותו הזמן זְמַן.

אז, איזה סוג של בעיות דורשות את כל חישוב הניחוש הגוזל הזה? דוגמה אחת היא הדמיית מבנים אטומיים, במיוחד כאשר הם מקיימים אינטראקציה כימית עם אלה של אטומים אחרים. עם מחשב קוונטי המניע את המודל האטומי, חוקרים במדעי החומר יכולים ליצור תרכובות חדשות לשימוש בהנדסה וייצור. מחשבים קוונטיים מתאימים היטב לדמות מערכות מורכבות כמו כוחות שוק כלכליים, דינמיקה אסטרופיזית או דפוסי מוטציה גנטית באורגניזמים, אם להזכיר רק כמה.

עם זאת, בין כל היישומים הלא פוגעניים האלה של הטכנולוגיה המתפתחת הזו, ישנם גם כמה שימושים במחשבים קוונטיים שמעוררים דאגות רציניות. ללא ספק הנזק המצוטט ביותר הוא הפוטנציאל של מחשבים קוונטיים לשבור כמה מאלגוריתמי ההצפנה החזקים ביותר שנמצאים כיום בשימוש.

בידיו של יריב ממשל זר אגרסיבי, מחשבים קוונטיים עלולים להתפשר על טווח רחב של תעבורת אינטרנט מאובטחת אחרת, מה שמותיר תקשורת רגישה חשופה לתפוצה רחבה הַשׁגָחָה. כרגע נעשתה עבודה לצפני הצפנה בוגרים על סמך חישובים שעדיין קשים אפילו מחשבים קוונטיים לעשות, אבל לא כולם מוכנים לפריים-טיים, או מאומצים באופן נרחב כיום.

האם מחשוב קוונטי בכלל אפשרי?

לפני קצת יותר מעשור, הייצור בפועל של מחשבים קוונטיים בקושי היה בשלבי התחלה. עם זאת, החל משנות ה-2010, החל פיתוח של אב-טיפוס של מחשבי קוונטים מתפקדים. מספר חברות הרכיבו מחשבים קוונטיים עובדים מלפני מספר שנים, כאשר יבמ הרחיקה לכת ומאפשרת לחוקרים ולחובבים להפעיל את התוכניות שלהם על זה דרך הענן.

למרות הצעדים שחברות כמו יבמ ללא ספק עשו כדי לבנות אבות טיפוס מתפקדים, מחשבים קוונטיים עדיין בחיתולים. נכון לעכשיו, המחשבים הקוונטיים שצוותי מחקר בנו עד כה דורשים תקורה רבה לביצוע תיקון שגיאות. על כל קיוביט שבאמת מבצע חישוב, יש כמה עשרות שתפקידם לפצות על הטעות של האחד. המצטבר של כל הקיוביטים הללו יוצר מה שנקרא "קיוביט לוגי".

בקיצור, טיטאנים מהתעשייה והאקדמיה גרמו למחשבים קוונטיים לעבוד, אבל הם עושים זאת בצורה מאוד לא יעילה.

למי יש מחשב קוונטי?

תחרות עזה בין חוקרי מחשבים קוונטיים עדיין משתוללת, בין שחקנים גדולים וקטנים כאחד. בין אלה שיש להם מחשבים קוונטיים עובדים, נמצאות חברות הטכנולוגיה הדומיננטיות באופן מסורתי שאפשר לצפות: יבמ, אינטל, מיקרוסופט וגוגל.

עד כמה שהמיזם תובעני ויקר כמו יצירת מחשב קוונטי, יש מספר מפתיע של חברות קטנות יותר ואפילו סטארט-אפים שעומדים בפני האתגר.

הרזה יחסית D-Wave Systems דרבן התקדמות רבות בתחום והוכיח שזה לא מחוץ למחלוקת על ידי תשובה להכרזה החשובה של גוגל עם חדשות על א עסקת ענק עם Los Alamos National Labs. ובכל זאת, מתחרים קטנים יותר כמו Rigetti Computing נמצאים גם הם בתחרות לבסס את עצמם כחדשני מחשוב קוונטי.

תלוי את מי תשאלו, תקבלו מוביל אחר עבור המחשב הקוונטי "החזק ביותר". גוגל בהחלט טענה לאחרונה עם זה השגת עליונות קוונטית, מדד שגוגל פחות או יותר הגה. עליונות קוונטית היא הנקודה שבה מחשב קוונטי מסוגל לראשונה להתעלות על מחשב קלאסי בחישוב כלשהו. אב טיפוס השקמה של גוגל מצויד ב-54 קיוביטים הצליח לשבור את המחסום הזה על ידי דחיסה של בעיה במעט שלוש וחצי דקות שייקח למחשב העל הקלאסי האדיר ביותר 10,000 שנים להתחמק דרך.

שלא להתעלם מכך, D-Wave מתגאה בכך שהמכשירים שהיא תספק בקרוב ללוס אלמוס שוקלים 5000 קיוביטים ליחידה, אם כי יש לציין כי איכות הקיוביטים של D-Wave הוטל בספק בעבר. יבמ לא עשתה את אותו סוג של התזת כמו גוגל ו-D-Wave בשנתיים האחרונות, אבל גם הם לא צריכים להיספר עדיין, במיוחד בהתחשב במסלול שלהם תיעוד של הישגים איטיים ויציבים.

במילים פשוטות, המירוץ אחר המחשב הקוונטי החזק ביותר בעולם פתוח לרווחה כפי שהיה אי פעם.

האם מחשוב קוונטי יחליף את המחשוב המסורתי?

התשובה הקצרה לכך היא "לא ממש", לפחות לעתיד הקרוב. מחשבים קוונטיים דורשים נפח עצום של ציוד, וסביבות מכווננות היטב כדי לפעול. הארכיטקטורה המובילה דורשת קירור לדרגות בלבד מעל האפס המוחלט, כלומר, הם אינם כמעט מעשיים עבור צרכנים רגילים.

אבל כפי שהפיצוץ של מחשוב ענן הוכיח, אינך צריך להחזיק מחשב מיוחד כדי לרתום את היכולות שלו. כפי שהוזכר לעיל, יבמ כבר מציעה לטכנופילים נועזים הזדמנות להפעיל תוכניות על תת-קבוצה קטנה שלה הקיוביטים של Q System One. עם הזמן, סביר להניח ש-IBM ומתחרותיה ימכרו זמן חישוב במחשבים קוונטיים חזקים יותר עבור אלה המעוניינים ליישם אותם על בעיות בלתי ניתנות לבירור.

אבל אם אינך חוקר את סוגי הבעיות הקשות במיוחד שמחשבים קוונטיים שואפים לפתור, סביר להניח שלא תתקשר איתם הרבה. למעשה, מחשבים קוונטיים במקרים מסוימים גרועים יותר בסוג המשימות שאנו משתמשים בהן במחשבים מדי יום, אך ורק בגלל שמחשבים קוונטיים הם כל כך מיוחדים. אלא אם כן אתה אקדמאי שמנהל את סוג הדוגמנות שבו מחשוב קוונטי משגשג, סביר להניח שלעולם לא תשים את ידך על אחד, ולעולם לא תצטרך.

המלצות עורכים

• מה זה GDDR7? כל מה שאתה צריך לדעת על VRAM מהדור הבא
• אינטל חושבת שהמעבד הבא שלך זקוק למעבד AI - הנה הסיבה
• Surface Pro 10: הנה למה לצפות מהדור הבא
• ChatGPT פשוט חיבר את עצמו לאינטרנט. מה קורה לאחר מכן?
• האם ה-Mac Mini M2 של אפל טוב? הנה מה שהביקורות אומרות