אם ראיתם לאחרונה את הסרט "אופנהיימר", בוודאי יצא לכם לגגל באמצע את המונח "פיזיקה קוונטית", שמופיע לא אחת בין שורות הדיאלוג. המושג הזה, שנשמע כאילו לקוח מסרט מדע בדיוני - הוא מציאות של ממש, ולא רק בעולם פצצות האטום, אלא גם בתחומי המחשוב - ותאמינו או לא, הוא גם נגיש יותר מאי פעם.
כשאנחנו צוללים לתחום המחשוב הקוונטי, נגלה בפנינו עולם שלם של אפשרויות חדשות, הכולל קיוביטים, סופרפוזיציה ושזירה קוונטית. אם כל זה נשמע לכם עד עכשיו כמו סינית - אל תדאגו, אני מיד עושה סדר בדברים.
הכל "מטורף" כאן
ברוכים הבאים לעולם המטורף של מחשוב קוונטי, שבו חלקיקים יכולים להיות בשני מקומות בו זמנית, חוקי הפיזיקה הקלאסית לוקחים חופשה ואפילו למחשבים יש כישרון לאבסורד. קודם כל, נפתח בכמה מושגי יסוד.
בלב המחשוב הקוונטי נמצא הקיוביט (Qubit), המקבילה הקוונטית של הביט הקלאסי. בעוד שביטים קלאסיים מייצגים 0 או 1, קיוביטים יכולים להתקיים במספר מצבים בו-זמנית בגלל תופעה המכונה סופרפוזיציה. דמיינו שיש לכם פיצה עם אינסוף תוספות, והמשימה שלכם היא למצוא את השילוב המושלם. עם מחשב רגיל, תצטרכו לנסות כל תוספת אחת-אחת. מנגד, מחשב קוונטי יכול לגרום לכם לנסות את כל התוספות בבת אחת. זה אולי נשמע מוזר, אבל בעולם הקוונטי אפשרויות הפיצה הן אינסופיות. תכונה ייחודית זו מאפשרת למחשבים קוונטיים לבצע חישובים מרובים בבת אחת, ומציעה יתרונות הגדולים באופן מעריכי (אקספוננציאלי) בהשוואה למחשוב קלאסי.
הנה עוד מושג שאולי לא הכרתם: שזירה קוונטית (Entanglement). מדובר בתכונה מסתורית נוספת של מכניקת הקוונטים, שמוסיפה כוח רב למכונות העתידניות האלו. כשקיוביטים מסתבכים, המצבים שלהם נשארים מתואמים, ולמרות המרחק ביניהם - הם מסוגלים לתקשר ולשתף מידע באופן מידי וליצור מעגלים. אותם מעגלים קוונטים יכולים לעבד ולתפעל מספר קיוביטים בו זמנית - מה שמוביל לעלייה מסיבית בכוח החישוב.
אבל כל זה מתגמד לעומת הפיצ'ר הבא - האלגוריתמים הקוונטיים. אין ספק שהם המפתח לפתיחת הפוטנציאל האמיתי של מחשוב קוונטי. אלגוריתמים כמו "האלגוריתם של שור" יכולים לפרק מספרים גדולים בחלק מהזמן שדורשים אלגוריתמים קלאסיים. החוזקה הזו טומנת בחובה מלכודת: יכולות החישוב העוצמתיות האלו משליכות באופן דרמטי על שיטות הצפנה. התופעה הזו עלולה להפוך שיטות הצפנה קיימות לפגיעות להתקפות קוונטיות, תוך פתיחת דלת לטכניקות הצפנה קוונטיות חדשות ובלתי ניתנות לשבירה.
המכשולים שבדרך
היתרונות שמניתי הם עדיין לא יריית הפתיחה הרשמית של עולם המחשוב הקוונטי המעשי, שעל אף הפוטנציאל האדיר שהוא מחזיק, עדיין עומד בפני אתגרים משמעותיים. בנייה ותחזוקה של מחשבים קוונטיים היא עדינה להפליא ודורשת שליטה קפדנית בתופעות קוונטיות.
כמו כן, תופעה בשם דה-קוהרנטיות, המתרחשת כשקיוביטים מאבדים את המצבים הקוונטיים שלהם עקב אינטראקציות סביבתיות, מהווה מכשול עיקרי. חוקרים מפתחים באופן פעיל טכניקות לתיקון שגיאות, ומחפשים טכנולוגיות קיוביט יציבות יותר כדי למתן את האתגרים האלו - ולסלול את הדרך לעתיד.
איך הופכים את החלום למציאות?
שיתוף פעולה בין האקדמיה, התעשייה והממשלות חיוני לקידום הנושא. שחקנים גדולים כמו IBM, אמזון, גוגל, מיקרוסופט ועוד משקיעים רבות במחקר קוונטי, ומעמידים משאבים קוונטיים מבוססי ענן לרשות הציבור. סטארט-אפים ומוסדות אקדמיים תורמים רעיונות ותגליות, ויוצרים מערכת אקולוגית תוססת לפיתוח בסביבה קוונטית.
עוד עובדה שתעיף לכם את הסכך: לאחרונה חוקרים ממעבדות גוגל הכריזו על מחשב הקוונטום של גוגל "Sycamore", בעל 70 קיוביט. ה-"Sycamore" מהיר פי 241 מיליון ממחשב הקוונטום המהיר ביותר שהיה עד לאותה נקודה, ולו "רק" 53 קיוביט. הוא מסוגל לחשב ב-6 שניות משימות חישוב שהיו נמשכות 47 שנים במחשב הקודם. בינואר השנה הוכרז כי גם בישראל רשות החדשנות ומשרד הביטחון יממנו הקמת מחשב קוונטי ראשון בתקציב של כ-200 מיליון שקל.
ההשפעה על עולם הבנקאות
איך יוכל המחשוב הקוונטי לקדם את תחום הבנקאות והפיננסיים? השימושים האלו הם עדיין היפותטיים לגמרי, אבל ככל שהבדיקות נמשכות, בנקים יכולים לצפות לרשימה ברורה יותר של שימושים עתידיים:
· אבטחה משופרת באמצעות הפצת מפתח קוונטי להצפנה בלתי שבירה
· אופטימיזציה של תיקי השקעות ופתירת בעיות אופטימיזציה מורכבות ביעילות
· זיהוי הונאות ושיפור אבטחה ע"י ניתוח כמויות גדולות של נתוני עסקאות במהירות
· הערכת סיכוני אשראי על ידי ניתוח מערכי נתונים ומודלי סיכון מורכבים
· הדמיית "מונטה קרלו" המשמשות בניתוח סיכונים וחישובים פיננסיים וקבלת החלטות מהירה
כרגע העולם הקוונטי עוד נראה כמו קרקס של מוזרויות, אבל אין חולק שיש בו הבטחה עצומה. הוא מייצג שינוי פרדיגמה בעולם המחשוב, ורותם את חוקי מכניקת הקוונטים כדי לפתח כוח חישוב שאין שני לו. עם היכולת לחקור מספר מצבים בו-זמנית ולתקשר באופן מידי על פני קיוביטים סבוכים, למחשבים קוונטיים יש פוטנציאל לחולל מהפכה בכל תחום אפשרי - מקריפטוגרפיה ועד מדע החומר.
למרות שהאתגרים נמשכים, מאמצי המחקר והפיתוח דוחפים את התחום קדימה. כשהמחשוב הקוונטי ממשיך להתפתח, הוא מבטיח עתיד שבו נוכל להתמודד עם בעיות שלא היו פתירות בעבר, להניע חדשנות, גילוי והתקדמות בתחומים רבים.