תוכנית המחשב הקוואנטית השאפתנית של IBM של יבמ

IBM, אחת מחברות הטכנולוגיה הוותיקות בעולם, בונה מקרר. זה, כשלעצמו, לא חסר תקדים. לחברות טכנולוגיה אחרות יש בנו מקררים בעבר. LG מוכרת את המקרר החכם דלת-בדלת LG InstaView המחובר ל-Wi-Fi המרשים. סמסונג, יצרנית מכשירים עולמית נוספת, מייצרת את ה-RF23J9011SR המצוין 4-Door Flex עם תכונת Power Cool.

אבל המקרר של IBM (עדיין בפיתוח) שונה. שונה מאוד, למעשה. זה יהיה עצום עבור דבר אחד: גובה 10 רגל ורוחב 6 רגל. זה גם יהיה קר בצורה בלתי נתפסת, בסביבות 15 מילקלווין, או -459 פרנהייט, שהוא קר יותר מהחלל החיצון. הוא נקרא גם על שם סרט ג'יימס בונד, Goldeneye.

עם זאת, ההבדל הגדול ביותר בינו לבין מקרר המטבח המתקדם שלך הוא התכולה המתוכננת שלו. אל תצפו למחזיק ביצים מובנה, למגירות ירקות ולמקום לחסום הביצים העונתי שלכם. במקום זאת, זה הולך להיות הבית של המחשב הקוונטי הראשון בעולם של מיליון קיוביטים - ברגע שהוא גם יבנה.

"כדי שהאפקטים הקוונטיים יופיעו, יש לקרר את [מחשבי הקוונטים] לטמפרטורות נמוכות במיוחד", ג'רי צ'או, מנהל פיתוח מערכות חומרה קוונטית ב-IBM, אמר ל-Digital Trends. "למעשה, כל התשתית שמסתובבת אפילו רק המעבד עצמו דורשת כמות נכבדת של קירור, במיוחד כשאתה מגדיל אותה, נכון?"

תהליך ההרחבה הזה הוא שהוביל את צ'או וצוותו למסקנה הבלתי נמנעת ש-IBM באמת היה צריך להיכנס לעסקי הקירור - לפחות כשזה מגיע לקוונטי שלו מחשבים. ראשית, יש גבול ליכולת הקירור הנוכחית. לאחר מכן יש בעיות בדברים כמו שמירה על שלמות הוואקום ואיזון משקל הרכיבים השונים הדרושים לצינון. מדען המחשבים אלן קיי אמר פעם שהחברה רצינית לגבי תוכנה צריכה גם לבנות חומרה משלה. אולי המקבילה הקוונטית לכך צריכה להיות שהחברה הרצינית לגבי מחשוב קוונטי צריכה לא רק לבנות מחשב קוונטי משלה, אלא גם מקרר משלה שיכיל אותו.

"אם רק נעשה קנה מידה אחורי של המעטפה, אתה מתחיל לראות שבשלב מסוים מה שאתה יכול לקבל מהספקים המסחריים לא נופל", אמר צ'או. "אתה צריך להתחיל לחשוב איך אתה דוחף מעבר [זה]?"

מה הופך את המחשוב הקוונטי לכל כך שונה, כל כך מושך?

מקרר העל של יבמ הוא, ברמה מסוימת, הרינג אדום. זה קצת כמו לבנות מוסך חדש ומפואר לטסלה שאתה מספק. בטח, דלת המוסך המפוארת שלט רחוק שהתקנת מרגשת - אבל היא לא ה קצת מרגש. באנלוגיה זו, ה-Tesla Model S או Cybertruck החדשים הם הקוונטים המתוכננים של יבמ של מיליון קיוביטים. ובתנאי ש-IBM תוכל לבנות אותו כמתוכנן, זה יהיה מטומטם, יותר מראוי למקרר המתוחכם ביותר בעולם.

מחשבים קוונטיים הוצעו לראשונה בשנות ה-80 על ידי הפיזיקאי האמריקני פול בניוף, אם כי מכניקת הקוונטים שעליה הם מתבססים. עד שנות ה-20, כאשר פיזיקאים החלו לשים לב שניסויים מסוימים לא הניבו את התוצאות שהם חזו תוך שימוש בהבנתם הנוכחית של פיזיקה. ריצ'רד פיינמן, דיוויד דויטש, יורי מנין ואחרים תפסו את הרעיון של מודל מכני קוונטי של מכונת טיורינג, והציעו שאפשר להשתמש במחשב קוונטי כדי לדמות דברים שפשוט לא ניתן לדמות באמצעות מחשב קלאסי באמצעות מחשב קלאסי פיזיקה. ב-1994, דן סימון הראה שמחשב קוונטי יכול להיות מהיר יותר באופן אקספוננציאלי ממחשב קלאסי.

אחד ההבדלים הגדולים עם הקוונטים הוא מושג הסופרפוזיציה. מחשב קלאסי יכול להיות מצב של A או B (או, במונחים בינאריים, אחד או אפס). מחשב קוונטי יכול להיות שילוב של השניים. (זה ה ניסוי המחשבה של החתול של שרדינגר שבו חתול בקופסה יכול להיות חי, מת, או גם חי וגם מת בו-זמנית.) ואז יש מושגים אחרים כגון קריסה, אי ודאות והסתבכות, שהופכים את המחשבים הקוונטיים לשונים מאוד מאלה שאתה ואני גדלנו עַל.

באותו אופן שבו מחשב קלאסי פועל על ביטים, מחשבים קוונטיים פועלים על מה שמכונה קיוביט. נכון לעכשיו, למחשב הקוונטי הגדול ביותר של יבמ יש 65 קיוביטים. עד 2023, היא רוצה לבנות אחד עם 1,000 קיוביטים. ומתישהו לאחר מכן - תאריך שהחברה לא תתחייב אליו, אבל שהוא בהחלט נמצא במפת הדרכים שלה - היא תבנה מכונה של מיליון קיוביטים.

קפיצה מ-65 קיוביטים למיליון קיוביטים היא די קפיצת מדרגה. אבל מחשוב, אפילו מחשוב קלאסי, מתברר כי טוב למדי בכל הנוגע לקפיצות אקספוננציאליות. חוק מור קובע כי מספר הטרנזיסטורים שיכולים להתאים ללוח מעגלים מכפיל את עצמו בערך כל שנתיים. הדבר הקרוב ביותר לקוונטים לחוק מור הוא מה שמכונה חוק רוז, שנוסח על ידי ג'ורדי רוז ב-2002. חוק רוז קובע שמספר הקיוביטים במחשב קוונטי מוכפל מדי שנתיים.

בהשוואה לחוק מור, ההשלכות של חוק רוז הן ככל הנראה עמוקות אף יותר, משום שכפי שפיטר דיאמנדיס וסטיבן קוטלר מציינים בספרם. העתיד מהיר יותר ממה שאתה חושב: כיצד טכנולוגיות מתכנסות משנות את העסקים, התעשיות והחיים שלנו, לקיוביטים בסופרפוזיציה יש הרבה יותר כוח מהסיביות הבינאריות בטרנזיסטורים.

מכיוון ש"יותר" לא תמיד שווה ל"טוב יותר", אחד מהשינויים הרעיוניים של יבמ לרעיון זה מבוסס על המושג הניואנסי יותר של מה ש-IBM מכנה נפח קוונטי. "זה לא רק על קנה המידה של המספר הפיזי של קיוביטים", אמר צ'או. "בסופו של דבר, מדובר גם במספר הקיוביטים וגם בביצועים טובים; כמה מעגל גדול אתה באמת יכול להריץ על החומרה הזו לפני שהקווביטים מתפרקים והמידע הקוונטי שלך ייעלם. נפח קוונטי הוא מדד כזה".

למה לצפות כשאתה מצפה למחשבים קוונטיים

"כל מה שאנו קוראים לו אמיתי", אמר נילס בוהר, אחת הדמויות המייסדות של מכניקת הקוונטים, "עשוי מדברים שלא ניתן להתייחס אליהם כאמיתיים". בהתחשב בהנחת היסוד של סופרפוזיציה קוונטית, אולי מתאים שמחשבים קוונטיים היום קיימים בעולם דמדומים מוזר של כאן ולא כאן. IBM היא רק אחת החברות שבנו מחשבים קוונטיים מתפקדים (גוגל, באידו, הם אמזון הם חלק מהשמות הגדולים האחרים). גם אלגוריתמים קוונטיים - במקרים מסוימים, כאלה שעדיין לא ניתן להפעיל ביעילות במחשבים הקוונטיים שאנשים בנו.

ועדיין, למרות כל ההוכחות למושגים ולסיבות להתרגשות, זה הוגן לומר שהעולם עדיין לא התחיל להתקרב לניצול הכוח העצום של מחשוב קוונטי. "מה [מחשוב קוונטי] כרוך במונחים של יישומים בפועל עדיין לא ידוע במלואו," אמר צ'או.

כמה ממקרי השימוש הפוטנציאליים המרגשים ביותר - בין אם זה כימיה חישובית, פיננסי דוגמנות, אבטחת סייבר ומטבעות קריפטוגרפיים, או חיזוי מתקדם - נותרו רוחות רפאים בקוונטים מְכוֹנָה. לעת עתה, לפחות.

מדוע IBM מתמקדת בחישוב קוונטי? "ההתמקדות שלנו היא כיצד אנו מספקים את עתיד המחשוב", אמר צ'או. הקוואנטום הוא חלק בלתי נמנע מהעתיד הזה.

מחשוב קוונטי הוא אחד משלושת ההימורים הגדולים של יבמ לעתיד. השילוש הקדוש הזה של טכנולוגיות עתידיות מורכב ממחשוב קוונטי, בינה מלאכותית והענן. אבל אלה לא הימורים בודדים כפי שהיה קורה אם היית משקיע את החסכונות שלך בשלושה סטארט-אפים מבטיחים, מתוך אמונה שלאחד מהשלושה יש סיכוי להפוך לחד קרן שיותר מקזז את כל ההפסדים שייגרמו לו שניים אחרים.

Quantum, למשל, יכול להיות מחליף משחק עבור A.I. אין ספק שבינה מלאכותית - ובמיוחד, למידת מכונה - נהנה מהתקדמות מדהימה בשימוש בארכיטקטורת מחשוב קלאסית. אבל הבטחות הקוונטיות לזרז את העניינים אפילו יותר. גרסאות קוונטיות של אלגוריתמים נוכחיים של למידת מכונה (או, סביר יותר, חדשות לגמרי, הרבה יותר מהר חלופות) יוכלו לבצע A.I ענק מונע נתונים. חישובים במהירות משמעותית יותר ציון. הם יוכלו להתמודד עם מספר הממדים המהמם הנובעים מנתונים ולמפות אותם במרחב התכונות הקוונטי הגדול. ניתן להשתמש בהסתבכות קוונטית כדי לגלות דפוסים חדשים שלא ניתן לגלות עם מחשוב קלאסי מסורתי.

צף על הענן הקוונטי

הענן הוא גם חלק מהותי מההימור הקוונטי של IBM. בגדול, ההתקדמות הפופולרית של המחשוב הקלאסי הייתה מעבר ממיינפריים למיני מחשבים למחשבים אישיים. בשנות החמישים, לאנשים הייתה גישה למחשבים ענקיים רק בחדרים גדולים וממוזגים. בסוף שנות ה-70 וה-80, לאנשים היו מחשבים בבתיהם. בשנות ה-90, לאנשים היו מחשבים ניידים שהם יכלו לשאת בתיקים שלהם. כיום יש לנו מחשבים בצורת סמארטפונים שאנו נושאים בכיסנו.

לא סביר שמחשבים קוונטיים יחוו את אותו שינוי בגורם הצורה בגלל הדרישות (כגון קירור קיצוני) למחשב קוונטי.

"מבחינת [להחזיק מחשב קוונטי פיזי] על השולחן שלך, יכול להיות שאני טועה, אבל לא ברור לי שזה יהיה המצב", אמר צ'או. "רוב המערכות שאתה בונה שדורשות רמה כזו של קוהרנטיות קוונטית, בין אם זו מערכת מוליכות על או יונים לכודים, כולם דורשים מעט תשתית כדי שתוכל לשמור עליהם - ובמיוחד כשאתה מדרג לְמַעלָה."

אבל כאן נכנס לתמונה השיבוש של מחשוב הענן. מחשוב ענן פירושו שלמשתמשים יש גישה ליכולות של מחשבי-על ללא קשר לשאלה אם הם נמצאים באותה סביבה פיזית. כוח המחשוב או האחסון אינם מוגבלים עוד לחומרה הזמינה על השולחן שלך כפי שהיה לפני 20 שנה.

"כל כך הרבה היום נעשה על הענן [ו]אנשים אפילו לא שמים לב", אמר צ'או. "כמה פעמים אנשים מבינים שמשהו לא מעובד לבד מחשבים ניידים או בטלפונים שלהם, אבל במקום אחר? כך הקוואנטום מעל הענן הולך לעבוד."

זה, במידה מסוימת, איך הוא מחשוב קוונטי כְּבָר עובד. במאי 2016, IBM השיקה את זה חוויה קוונטית, מעבד קוונטי של חמישה קיוביטים וסימולטור התאמה מחובר המאפשר למשתמשים לבצע ניסויים במערכת מחשב קוונטית. עד כה, IBM Quantum פרסה 32 מעבדים קוונטיים בענן, כאשר יותר מ-280,000 משתמשים ברחבי העולם פועלים יחד למעלה ממיליארד מעגלים קוונטיים מדי יום. ככל שמחשבים קוונטיים חזקים יותר יהיו זמינים, גם אלה יהיו נגישים למשתמשים דרך הענן.

"יהיו לך בעיות שנפתרות באופן טבעי באמצעות הטכניקות הטובות ביותר שאנו מכירים במחשבים מסורתיים," אמר צ'או. "אבל אז יש גם חלקים מהבעיות האלה שהם מורכבים מדי לפתרון [אפילו עם מערכות מחשוב בעלות ביצועים גבוהים] כיום שעשויים להתאים למחשבים קוונטיים."

לא, לא תפעיל את הגיליון האלקטרוני של Excel במחשב קוונטי בזמן הקרוב (אם בכלל). מחשבים קלאסיים יכולים להריץ אקסל בסדר גמור. אבל חלקים מיישומים בהחלט יכולים לרתום יכולות קוונטיות, בין אם לדברים כמו הצפנה או למידת מכונה טובה יותר. יכולות להיות אפילו עוד דוגמאות קלות דעת מרתקות. לדוגמה, ג'יימס ווטון, מהנדס אחר של יבמ, משתמש במחשוב קוונטי לשם כך יצירת שטח אקראית בתוך משחקי מחשב. חלמתם פעם על משחק שיכול להגדיר את עצמו מחדש בכל פעם שאתם משחקים במידה בלתי נתפסת? קוונטים היא התשובה שלך.

הדגם ההיברידי

"לכך אנחנו מתכוונים במודל חישובי הענן ההיברידי", אמר צ'או. "תהיה לך עומס העבודה הבעייתי שלך שמוזן למחשב והחלקים הנכונים יעברו למחשב קלאסי והחלקים האחרים יעברו למחשב קוונטי. ואז יוצא פתרון. זו התמונה שאתה יכול לדמיין בעתיד. [Quantum is] אינו תחליף [למחשבים קלאסיים], אבל הם בהחלט יעבדו יד ביד."

IBM לא תתחייב מתי בדיוק היא תספק את מחשב מיליון הקיוביטים שלה - או, לצורך העניין, מתי המקרר Goldeneye שלה יסתיים. אבל זה די ברור לגבי האמונה שלו שמחשוב קוונטי הולך להיות מחליף משחק.

ב פוסט שנכתב עבור הבלוג של IBM מוקדם יותר השנה, ג'יי גמבטה, עמית יבמ וסגן נשיא למחשוב קוונטי, השווה את הדור הבא של המחשבים הקוונטיים של יבמ למשימות אפולו שהביאו לנחיתה על הירח. זו בדיוק ההשוואה. זה גם עשוי להיות מדויק.

כאן בשנת 2020, עם סיכוי של א נחיתה על ירח חדש קרוב באופן מגרה יותר ממה שהיה בעשורים האחרונים, זה נשמע כמו השוואה הרבה יותר אופטימית ממה שהיה יכול להיות אפילו לפני כמה שנים. זה אמור להיות שווה את ההמתנה.

המלצות עורכים

• בינה מלאכותית יכולה להחליף כ-7,800 משרות ב-IBM כחלק מהפסקת גיוס עובדים
• בתוך המעבדה הבריטית שמחברת מוחות למחשבים קוונטיים
• המעבד החדש של יבמ 127 קיוביטים הוא פריצת דרך גדולה בתחום המחשוב הקוונטי
• חוקרים יוצרים "חתיכת פאזל חסרה" בפיתוח מחשוב קוונטי
• נשיא IBM מאשר שהמחסור בשבבים יימשך "כמה שנים" יותר