המחשב הקוונטי למתחילים: מדריך לעתיד ה- AI. תרגום תוכן, סרטון מערוץ היוטיוב © Science ABC. בערוץ מאמינים שאם מדע יועבר בפשטות ויהפוך לקליל ומהנה הוא יכול להיות מתאים לכולם. תמצאו כאן הסברים פשוטים לנושאים מורכבים כמו התארכות הזמן של איינשטיין, מערכת החיסון, אבולוציה, שזירה קוונטית ועוד. הסרטון הפעם על מהפכת המחשוב הקוונטי. המחשבים הקוונטיים עדיין לא במיינסטרים, וייקח שנים עד שיגיעו לשימוש מסחרי רחב היקף. היכולת שלהם לפתור בעיות מורכבות תעצב מחדש את הטכנולוגיה, הרפואה והתעשייה כפי שאנו מכירים אותה.

תרגום הסרטון

מהו מחשב קוונטי ואיך הוא פועל

מחשב קוונטי הוא מחשב מתקדם המשתמש בעקרונות הפיזיקה הקוונטית לביצוע חישובים במהירויות שלא ניתן להשיגן אפילו על ידי מחשבי העל (Supercomputers) המובילים בעולם המודרני.

כדי להבין כיצד מחשב קוונטי פועל, דמיינו שאתם משחקים משחק שחמט ורוצים לחזות את כל המהלכים האפשריים שיריבכם עשוי לבצע. ניתן לעשות זאת באמצעות מחשב קלאסי. הוא יעבור על כל מהלך של היריב שלכם בזה אחר זה עד שירוץ על כל המהלכים האפשריים. התהליך הזה, כפי שאתם יכולים לדמיין, יכול לגזול זמן. עם זאת, אם היה לכם מחשב קוונטי, הוא היה מדמה את כל המהלכים האפשריים של היריב בבת אחת, בשבריר מהזמן שלקח למחשב הקלאסי. זה דומה למה שמחשב קוונטי יכול לעשות בתחום הניתוח והחישוב.

ההבדל המהותי: מביטים ל-Qubits

מחשב קוונטי ומחשב קלאסי דומים בכמה מובנים. לשניהם יש מעגלים, שבבים ושערי לוגיקה לעיבוד מידע ושניהם מופעלים על ידי אלגוריתמים.

ההבדל העיקרי טמון באופן שבו הם מעבדים מידע. מחשבים קלאסיים משתמשים בביטים בינאריים (bits) שערכיהם 0 או 1 ומייצגים את מצב ה-"מופעל" או ה-"כבוי" של זרם חשמלי. מחשבים קוונטיים לעומת זאת משתמשים בקיוביטים (qubits) שיכולים להתקיים בשני המצבים בו זמנית, תכונה הידועה בשם סופרפוזיציה (Superposition). היכולת הייחודית הזו של קיוביטים פותחת עולם של אפשרויות ומאפשרת למחשבים קוונטיים לעבד מידע בצורה שונה מהותית מביטים בינאריים ועשויה לחולל מהפכה בעתיד הטכנולוגיה.

סופרפוזיציה, דוגמה בעזרת מטבע

בואו נבחן את מושג הסופרפוזיציה באמצעות דוגמה יומיומית. כאשר אתם מטילים מטבע, הוא יכול להראות "עץ" או "פלי". אבל כשהמטבע מסתובב באוויר, באיזה מצב תגידו שהוא נמצא? האם זה עץ או פלי? בזמן שהוא מסתובב באוויר, אפשר לטעון שהוא גם עץ וגם פלי, נכון?

באופן דומה, קיוביט יכול להתקיים בו זמנית במצבי 0 ו-1. במחשב קוונטי, מערכת של קיוביטים מרובים יכולה להחזיק בו זמנית במספר מצבים, מה שמאפשר למחשב הקוונטי לעבד פתרונות רבים במקביל, משהו שמחשב קלאסי אינו יכול לעשות. היכולת הזו מאפשרת למחשבים קוונטיים לפתור בעיות במהירות רבה יותר ממחשבים קלאסיים.

שזירה קוונטית (Entanglement)

הקסם של המחשבים הקוונטיים לא מסתיים בקיוביטים ובמצבים המרובים שלהם. המצבים המרובים של מספר קיוביטים יכולים להיות מקֻשָּׁרִים זה לזה, או בשפת מכניקת הקוונטים, הם שזורים (entangled) זה בזה.

קיוביטים שזורים פועלים באופן שבו הפעולות של קיוביט אחד יכולות להשפיע על קיוביטים אחרים, לא משנה עד כמה הם רחוקים, וכן יכולים להשפיע על המערכת כולה. זה מאפשר כוח חישוב גבוה משמעותית, משהו שמחשבים קלאסיים אינם יכולים להשיג. קיוביטים שזורים מתפקדים בצורה חלקה הודות לשזירה קוונטית (Quantum Entanglement).

המראה החיצוני והתקדמות

בנוסף, מחשב קוונטי לא נראה כמו מחשב או המחשב הנייד הרגילים שלכם. כאשר אתם נכנסים לחדר שבו נמצא מחשב קוונטי, מה שסביר להניח שתבחינו בו ראשון הוא מכונה גדולה ומורכבת למראה, בדומה לנברשת, עם חלקים מוזהבים, כסופים וכחולים. סביבה נמצא מבוך של חוטים, צינורות ורכיבים מורכבים אחרים. המערך כולו נראה כאילו נלקח מסרט מדע בדיוני. מחשבים קוונטיים קיימים בצורות שונות כבר כמה שנים. למעשה, חברות טכנולוגיה מסוימות כבר מחזיקות במחשבים קוונטיים פעילים המשמשים כמשאבים יקרי ערך לפיתוח תוכנה ושפות תכנות.

המחשב הקוונטי של גוגל

ההתקדמות המשמעותית ביותר במחשוב הקוונטי בשנים האחרונות התרחשה באוקטובר 2019, כאשר גוגל טענה שהיא השיגה עליונות קוונטית (Quantum Supremacy) באמצעות המחשב הקוונטי שלה. הדבר כלל שימוש במעבד הסיקמור (Sycamore) המיוחד שלהם לביצוע סוג ספציפי של חישוב בצורה מהירה ויעילה בהרבה ממחשב העל הקלאסי החזק ביותר. ההדגמה הזו של עליונות קוונטית אישרה את הרעיון שמחשבים קוונטיים אכן יכולים לעלות על מחשבים קלאסיים במשימות ספציפיות בצעדי ענק, ויכולים לבצע פעולות שמחשבים קלאסיים אינם יכולים לבצע. ההתקדמות הזו דחפה חברות אחרות, כגון מיקרוסופט, IBM, וכמה סטארט-אפים להגביר את המחקר הקוונטי שלהן בחיפוש אחר תוצאות גדולות אף יותר.

עתיד בלתי נתפס

לאחר שיתממש מלוא הפוטנציאל של מחשבים קוונטיים, הוא יבשר עולם של אפשרויות בלתי נתפסות באמת. למחשבים קוונטיים יש יכולות חישוב עצומות שישפרו מאוד את האינטליגנציה המלאכותית. לשירותי מחשוב ענן קוונטי יש פוטנציאל לחולל מהפכה בלמידת מכונה על ידי עיבוד כמויות נרחבות של נתונים וחישובים מורכבים במהירויות חסרות תקדים. בתחום אבטחת הסייבר, מחשבים קוונטיים יוכלו לשמור על הצפנת נתונים במהלך שימוש פעיל ולספק הגנה חזקה. הם גם עומדים לחולל מהפכה במחקר רפואי ותרופות, חיזוי מזג אוויר וטכנולוגיית סוללות רכב.

אף על פי שככל הנראה יעברו שנים רבות עד שמחשבים קוונטיים יהפכו למיינסטרים ויזכו לשימוש מסחרי רחב היקף, לא מוגזם לומר שמחשבים קוונטיים יהיו בסופו של דבר חזקים מספיק לא רק כדי לפתור בעיות מורכבות, אלא גם כדי לעזור לכם למצוא את הגרביים החסרות שלכם, לחזות את תוצאות הדייט הבא שלכם, ואולי אפילו להסביר מדוע נכנסתם למטבח רק ושכחתם מדוע נכנסתם לשם מלכתחילה.