הפיסיקאים מתכננים לשבור את מחסום המזעור בעזרת מחשבים מזן חדש לגמרי, הפועלים באמצעות אלקטרונים ולא אותות חשמליים
שרה רובינסון, ניו יורק טיימס
ברקלי, קליפורניה. לפני שש שנים, ד”ר פיטר שור, חוקר במעבדות,T&AT עורר תחום שהיה עד כה מעורפל במדע המחשב, כאשר הוא פירסם מתכון לפיו מחשב שהמכניקה שלו מבוססת על עקרונות תאוריית הקוונטים עשוי לשבור את המסרים המקודדים המגינים על העברת הנתונים באינטרנט.
מאז ועד היום, חוקרים מהדרגה הראשונה מכל העולם חברו יחד להמשיך ולחקור כיצד כוחם של החוקים המוזרים הקיימים בספירות התת-מיקרוסקופיות יכולות להיות מיושמות במחשב.
ממשלות רבות כמו גם מעבדות-חברות דוגמת חטיבת המחקר של מיקרוסופט, אינטרנשיונל ביזנס משינס ומעבדות ,T&AT כבר גיבשו להן קבוצה המתמקדת במחשוב קוונטים; או בדומה למרכז המחקר של נאס”א וחברת היולט פקארד (HP), שוקלות להרכיב צוות כזה בעתיד הקרוב.
קבוצה שאפתנית הממוקמת בניו יורק אף הקימה חברת סטארט-אפ למחשוב הקוונטים, הנקראת מג'יק טכנולוגיות (MagiQ Technologies), עם מטרה מוצהרת להקמת “אינטרנט מבוססת קוונטים”. בוועידה בת שבוע ימים שנערכה לפני כחודש במכון לחקר מדעי המחשב בברקלי תחת הכותרת מחשוב קוונטים, התכנסו חוקרים מהאקדמיה וממעבדות-חברות כדי לדון בהתפתחויות בתחום. השיחות התמקדו באלגוריתמים לפתרון מהיר של בעיות הנחשב בלתי אפשרי במחשבים “הקלאסיים”, בהבינם את מגבלות כוח החישוב של מחשבים מבוססי קוונטים, הגישות לבניית מכשיר יישומי ואת השיטות לתיקון שגיאות חישוביות.
הוועידה הגיעה לשיאה בסדרת הרצאות המיועדות למשרד המידע הטכנולוגי בסוכנות המימון של משרד ההגנה הפדרלי, השוקל תוכנית למימון מחקר מחשוב קוונטים. ואולם למרות שהמשתתפים בוועידה חגגו את ההתפתחויות בטכנולוגיה, שהתקדמו הרבה מעבר להשערות של לפני שנים מספר, הם מכירים בעובדה שהחוקרים עדיין רחוקים מלהבין את הפוטנציאל הגלום בטכנולוגיה, את מגבלותיה ואף רחוקים יותר ממטרתם להרכיב מכשיר יישומי.
למרות זאת, כמה מהחוקרים סיפרו כי הם נמשכים לתחום, לא בגלל האפשרות שיום יבוא ועל כל שולחן עבודה יוצב מחשב קוונטים, אלא כפתח להבנה טובה יותר בעולם המוזר של הפיזיקה המתמקד בתאוריית הקוונטים.
מחשב רגיל או “קלאסי” אוגר מידע ביחידות המכונות ביטים (0 או 1), המוצגות לרוב על ידי זרמים חשמליים או וולטים, שהם נמוכים או גבוהים. לעומת זאת, מחשב מבוסס קוונטים אוגר מידע באמצעות ניצול מצבם של חלקיקים ראשוניים.
במובן הקלאסי, האלקטרון הוא אטום מימן שעשוי להיות ברמת אנרגיה נמוכה או גבוהה. ואולם בעולם המוזר של פיזיקת הקוונטים, מצב האנרגיה של האטום אינו רק גבוה או נמוך אלא שילוב שקול של שני המרכיבים במקביל: מה שפיזיקאים נוהגים לכנות “סופר-פוזיציה” של המצבים. כתוצאה מכך, בכמה מובנים הקוונטים-ביט מכיל מידע רב יותר מיריבו הקלאסי. חשוב מכך, ככל שעולה מספר הקוונטים-ביטים, כמות המידע הנדרש לתאר אותם גדל בריבוע.
באופן קלאסי, מכיוון שכל אלקטרון יכול להימצא באחד משני מצבים, מערכת המונה 200 אטומי מימן תהיה ב-1 מתוך 2 בחזקת 200 מצבים (1.6 עם 60 אפסים אחרי הנקודה). ואולם תאוריית הקוונטים אומרת שבכל רגע נתון בסופר-פוזיציה המערכת עשויה לתת 2 בחזקת 200 אפשרויות בבת אחת.
מכיוון ש-2 בחזקת 200 הוא מספר עצום, הרבה מעבר למספר המשוערך של חלקיקים ביקום, חוקרים תוהים כיצד היקום יכול לעקוב אחר התהליכים הקורים בו. ואולם העובדה שהיקום מסוגל לכך מרמזת על המשאבים העצומים שבכוח החישוב הקוונטי.
“למערכת קטנה המונה 200 אטומים, כאילו נדרש הטבע להניח בצד 2 בחזקת 200 ניירות טיוטה, שעל כל אחד מהם רשום מספר”, אומר אומש וזירני, פרופ' למדעי המחשב באוני' קליפורניה בברקלי, שהיה שותף לארגון הקונגרס. ואולם קשה לעקוב אחר מאגר מידע עצום כזה.
לפי מכניקת הקוונטים, מדען אינו יכול להסתכל על אלקטרון מבלי לזעזע אותו מחוץ לסופר-פוזיציה העדינה שלו ולמוטט אותו למצב אחד מתוך שני המצבים הקלאסיים שלו, לפי משקלם. האתגר שבגילוי האלגוריתמים הללו הוא יישום של עוצמת עיבוד מידע רב ונסתר, למרות חוסר הנגישות שלו.
למרות הכוח הגלום בהם, אמר ד”ר שור במצגת שלו, לא מחויב שמחשבי הקוונטים יבצעו את כל הפעולות במהירות רבה יותר מהמחשבים הקלאסיים. ואולם כיום ישנם אלוגריתמים המאפשרים לחפש במאגרי מידע בשורש מהזמן הדרוש למחשב הקלאסי.
מהירות כזו היא ההישג הטוב ביותר האפשרי, לפי מחקרים שערכו ד”ר וזירני ואחרים. התוצאות שלהם מרמזות, הוא אומר, שהבעיה הקשה ביותר לפיצוח במחשוב תישאר לעולם מעבר להישג ידם של מחשבי הקוונטים. ואולם ד”ר וזיריני מציין שמגבלות אלה עשויות להיות ברכה מוסווית כי הן מעלות את הציפיות לפיתוח עתידי של מערכות הצפנה חדשות שמחשבי קוונטים לא יוכלו לפצח.
לדעת המומחים, הבעיה המרכזית בהרכבת מחשב קוונטים, היא תיקון השגיאות המצטברות בזמן החישובים. ד”ר דניאל גוטסמן ממיקרוסופט ריסרץ בחן טכניקות לתיקון כמה מהשגיאות שקרו תוך כדי החישובים. לדברי גוטסמן, פריצת דרך בראשות ד”ר שור ועמיתיו היתוותה את הקווים הכלליים לאגירת מצבי קוונטים שנשמרו בזיכרון אבל התמוטטו חלקית עקב אבחנות שגויות.
המכשולים הרבים בדרך למחשב-קוונטים אישי אינם מרפים את ידי החוקרים. “מה ערכו של תינוק חדש שזה עתה נולד?”, שואל ריצ'רד ג'וזה, פרופ' למדעי המחשב מאוניברסיטת בריסטול, אנגליה. “הוא עדיין לא מסוגל לבצע כל פעולה. אבל האפשרויות הן בלתי מוגבלות”.
פורסם ב”הארץ” בתאריך 12/03/2000
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~314762130~~~191&SiteName=hayadan
