האם עלינו לדאוג ממחשבים קוונטיים

ייקח לפחות עשור עד שייבנו מחשבים קוונטיים כללים, אבל הטכנולוגיה כרוכה בשינוי פרדיגמה כל כך משבש במחשבים שמפתחים שקולים צריכים להתחיל לבדוק את המחשבים הקוונטיים כבר עכשיו

לא לפחד מהעתיד. מתוך Jumpstory
לא לפחד מהעתיד. מתוך Jumpstory

מחשבים קוונטיים הם מהטכנולוגיות האלו שקל לבטל אותן בטענה שהן יותר מדי "אי שם" מכדי שיטרידו אותנו היום. אפילו ההערכות הכי אופטימיות קובעות שהשימוש המעשי יהיה בעוד יותר מעשור. אבל הטכנולוגיה כרוכה בשינוי פרדיגמה כל כך משבש במחשבים שמפתחים שקולים צריכים להתחיל לבדוק את המחשבים הקוונטיים כבר עכשיו.

הדיונים על מחשבים קוונטיים נוטים להתמקד בפוטנציאל שלהם לביצועים שעולים בהרבה על אלה של מחשבים רגילים. אחד היישומים שמוזכרים הרבה בהקשר הזה הוא קריפטוגרפיה, במיוחד הפיצוח של אבטחת נתונים על ידי חילוץ מפתחות הצפנה פרטיים מתעבורת מסרים מוגנת. האלגוריתמים כדי לעשות זאת ידועים, אבל הם כל כך אינטנסיביים מבחינה חישובית כך שלפצח, למשל, מפתח הצפנה RSA של 2048 סיביות (בשימוש נרחב כיום כדי לאבטח את תעבורת האינטרנט הנוכחית) ייקח עשרות שנים אפילו למחשבי העל הכי מהירים שקיימים. לפי ההערכות האחרונות, עם זאת, מחשב קוונטי יוכל לפצח את הצופן בשמונה שעות.

האפשרות המדאיגה הזאת — שתעבורה מוצפנת שפעם נחשבה לבטוחה הרבה מעבר למשך החיים השימושי של המידע המוגן עשויה להיות בסכנה — היא שיצרה התרגשות רבה כל כך סביב מחשבים קוונטיים מלכתחילה. אבל פיצוח צפנים הוא לא היישום היחיד שבו הטכנולוגיה מבטיחה פריצות דרך משבשות, והאפשרויות האחרות האלה יצרו עניין נוסף. רפואה, מדע החומרים, ביולוגיה מולקולרית ויישומים פיננסיים, בכל התחומים האלה חוקרים מה מחשבים קוונטיים יכולים לעשות בשבילם. והעניין הולך וגדל.

ב-2018 ממשלת ארה"ב חוקקה את חוק היוזמה הקוונטית הלאומית, יצרה משרד לאומי לתיאום קוונטי והקצתה 1.2 מיליארד דולר למימון פעילויות של מדע המידע הקוונטי בחמש השנים הבאות. גם האיחוד האירופי אישר מימון של עד מיליארד אירו לתוכנית אב קוונטית. וסין משקיעה הרבה, כדי לעבור את טכנולוגיית הקוונטים האמריקנית.

מחשבים קוונטיים כבר פועלים, אבל בינתיים הם פשוטים מכדי שהביצועים שלהם יעלו על ביצועי המחשבים הרגילים (אבן דרך המכונה עליונות קוונטית). IBM העמידה את המחשב שלה Q System One לרשות ניסויים ומחקרים מסחריים והקימה רשת של שותפים כמו אקסון/ מוביל כדי לקדם את הענף שבראשית דרכו. D-wave, ריגטי וכמה חברות אחרות נותנות גישה למחשבים קוונטיים פועלים. לגוגל יש פעילות מחקר של בינה מלאכותית קוונטית, וכמוה אינטל, ומיקרוסופט יצרה את רשת קוונטית משלה שכוללת ספקי תוכנה וחומרה כדי לקדם את הטכנולוגיה.

כך שזאת עדיין התקופה המוקדמת של הטכנולוגיה ושנים רבות לפני שתצא מתחום המחקר ליישום המעשי. אבל בכל זאת חשוב שענפי תעשיה יתחילו לחקור את השימוש בטכנולוגיה הזאת היום. ההתחלה המוקדמת זאת נחוצה כי מחשבים קוונטיים הם לא רק מחשבים מהירים יותר, הם שונים באופן דרמטי ממחשבים רגילים באופן שבו הם פותרים בעיות. המפתחים יצטרכו את הזמן כדי להכיר את הגישה החדשה ולהיות מוכנים להשתמש במחשבים קוונטיים ברגע שהם יהיו מוכנים.

מחשב מסורתי משיג את התוצאות שלו על ידי ביצוע רצף של צעדים, שנקרא אלגוריתם, כשהוא מבצע חישובים. אם הוא מחפש ערך שממטב או מקיים משוואה מורכבת כלשהי, לדוגמה, מחשב מסורתי חייב באופן אלגוריתמי לבחון, אחת אחרי השנייה, את כל הבחירות האפשריות. אבל מחשב קוונטי למעשה שוקל את כל התשובות האפשריות בו-זמנית באמצעות התכונות של מכניקת הקוונטים שזירה וסופרפוזיציה.

כדי להשתמש במחשבים קוונטיים המתכנת מפרט סדרה של שערים קוונטיים שקובעים את התנאים שמגדירים את הבעיה שצריך לפתור. המערך הזה של שערים קוונטיים מנצל את תכונות ההסתברות והתאבכות הגלים של הסיביות של המחשב הקוונטי (שנקראות קיוביטים), כדי לשנות וקטור קלט כך שווקטור הפלט מייצג תשובה סבירה לבעיה. אבל הרצה אחת לא מספקת ודאות לגבי התוצאה שלה, אלא רק סבירות גבוהה שהיא נכונה. על ידי ביצוע ניסויים רבים כאלה, המחשב הקוונטי יכול להעלות את הסבירות הזאת קרוב לוודאות במידה הרצויה. ולמרות שיש צורך בהרצות רבות כדי להפיק תוצאה מדויקת, זמן החישוב הכולל יכול להיות משמעותית פחות מהגישה האלגוריתמית אם יש למחשב הקוונטי מספיק קיוביטים בפעולה. הגישה הזאת כל כך שונה ממחשבים רגילים שהמומחיות הנוכחית במחשבים ותכנות תהיה למעשה לא ישימה במחשבים קוונטיים. המפתחים יצטרכו להתחיל מאפס כדי ללמוד מחשבים קוונטיים. הזמן להתחיל לבנות מומחיות במחשבים קוונטיים הוא, לכן, עכשיו.

אתר EETIMES ואתרים נוספים השייכים לחברת אספנקור נטוורקס (Aspencore Network) פרסמו פרויקט המיוחד של סדרת כתבות על מחשבים קוונטיים כדי לעזור לתת למנהלים את היתרון המוקדם הזה. במדריך "היסודות של מחשבים קוונטיים" מספקים מומחי החברה תובנות איך מחשבים קוונטיים פועלים והיכן אפשר לצבור קצת ניסיון בהם. "מה הלאה במחשבים קוונטיים?" מאפשר הצצה למגמות העכשוויות בהתפתחות של הטכנולוגיה. "ניהול הספקת החשמל במחשבים קוונטיים" בוחן את הסוגיות שטבועות בהפעלת המכשירים האקזוטיים האלה. לסיום שואלים עורכי הסדרה האם נצטרך "מחשב על" על השולחן שלנו, כדי לחקור את הסיבות העסקיות לאימוץ הטכנולוגיה.

טכנולוגיה קוונטית – קווים לדמותה

"אנו נמצאים בשלב המעבר ממדע קוונטי לטכנולוגיה קוונטית", אמר טל דוד, מנהל התוכנית הלאומית למדע וטכנולוגיות קוונטיים, באירוע שגרירי ההיי-טק שהתקיים בתחילת מרץ, רגע לפני הקורונה בהרצליה

"אנו נמצאים בשלב המעבר ממדע קוונטי לטכנולוגיה קוונטית", כך אמר ד"ר טל דוד, המנהל הטרי של התוכנית הלאומית למדע וטכנולוגיה קוונטיים באירוע שגרירי ההיי-טק, שהתקיים בתחילת מרץ 2020 בהרצליה. "תפקידי לרכז את הפעילות של ישראל בתחומים הקשורים לטכנולוגיות קוונטיות, שהיום מבוזרת בגופים ממשלתיים רבים, כדי שנגיע לנקודת מוצא משותפת", אמר דוד.

"המונח טכנולוגיה קוונטית משמעו לקחת את ההיבטים הבסיסיים של הפיזיקה הקוונטית ואת נושא הסופר פוזיציה (היכולת של מערכת להיות בכמה מצבים בין 0 ל-1 בו זמנית א.ב.), ולהיעזר בתחומים שב"הם הביצועים שלה עולים על אלה שאינם עושים שימוש בפיזיקת הקוונטים. קיים מירוץ בינלאומי בתחום הטכנולוגיה הקוונטית. רק לאחרונה שמענו על הודו, שהקימה פרויקט דומה לקידום הטכנולוגיה קוונטית, וזה מצטרף לתוכניות נוספות, כגון תוכנית הדגל האירופית שמתוכננת לעשות מהפכה בתחום על פני עשור. ולא רק מדינות, גם חברות גדולות כמו יבמ, גוגל ואמזון, שבונות מחשבים קוונטיים, וכן חברות הבונות מערכות תקשורת קוונטית או קריפטוגרפיה קוונטית."

"רואים שהטכנולוגיות הקוונטית נמצאת בשלושה אזורי יישום. הראשון בהם הוא מטלורגיה ומדידת דיוק. התחום בשני הוא מחשוב ותקשורת קוונטיים, ולאחרונה שומעים על תחומים נוספים, כגון אימות קוונטי ואינטרנט קוונטי", אמר.

"לישראל יש יתרונות באקוסיסטם של הטכנולוגיה הקוונטית: תשתית אקדמית וטכנולוגית שנבנתה כאן שנים – ברוב האוניברסיטאות בישראל יש מחלקות מובילות לנושא הקוואנטי, וזו אקדמיה מולטי-דיסציפלינרית, המשלבת פיזיקה, הנדסה ומדעי המחשב. בתעשייה קיימים פה מרכזי מו"פ רב לאומיים בעלי יכולות רלוונטיות, כמו מרכז המו"פ של יבמ, לצד חברות ישראליות כמו מלאנוקס, אקיוביט, קוונטום מאשינס וקוונטום LR. בישראל פעילים היום שבעה סטארט-אפים בתחום, ולאחרונה אנו רואים עלייה בסטארט-אפים הנוצרים. ישראל תשקיע 360 מיליון דולר בתחום, וחלקים מהתוכנית כבר מיושמים היום".

לדבריו, בנוסף לקשרים בין האקדמיה לתעשייה מבקשים בתוכנית הלאומית לטכנולוגיית קוונטים לפתח את הקשר הבינלאומי בנושא.

הקוונטום עלול לאפשר את פיצוח ה-RSA

ד"ר יונתן כהן, ממייסדי וסמנכ"ל הטכנולוגיות, קוונטום מאשינס. צילום: גיל לופו
ד"ר יונתן כהן, ממייסדי וסמנכ"ל הטכנולוגיות, קוונטום מאשינס. צילום: גיל לופו

ד"ר יונתן כהן, ממייסדי וסמנכ"ל הטכנולוגיות של קוואנטום מאשינס, נתן הרצאה אקדמית למתקדמים בנושא חישוב ומחשוב קוונטי, והסביר מדוע יש לחשוש מפני פיצוחה של בעיית RSA, פרוטוקול האבטחה שעליו מבוסס כל המחשוב כיום.

RSA הוא פרוטוקול ההצפנה הנפוץ ביותר באינטרנט. כולנו משתמשים בו לאבטחת מידע וכמובן בטרנזקציות כספיות. ה-RSA מבוסס על בעיה מתמטית קשה מאוד, שעושה שימוש במספרים ראשוניים ארוכים. מחשב קלאסי רגיל יכול לפתור את הבעיה, אבל זה ייקח לו כמיליארד שנה. מחשב קוונטי, אם כי בקנה מידה גדול בהרבה מזה שקיים היום, יוכל לפתור את הבעיה בתוך שעה. המחשבים הקוונטיים והמחשבים הקלאסיים שונים זה מזה בהיבטים הבסיסיים ביותר של חוקי הטבע ולא רק במהירות. לא מדובר בגודל רכיבי המחשב או בארכיטקטורה.

כהן מספר על החברה שהוא מנהל, ומציין כי "החברה מפתחת את שפת התכנות QUA ואת מערכת התזמור הקוונטית", המאפשרת לשפר את הביצועים ולמצות את הפוטנציאל של כל מחשב קוונטי ואף להטמיע מחשבים קוונטיים בענן באופן אופטימלי. עוד הוסיף, ש"המערכת תאפשר לרכיבים הקוואנטיים במחשבים היברידיים לתקשר עם הרכיבים הרגילים", ובכך הוכיח את יתרונות החדשנות המולטי-דיסציפלינרית הישראלית.

הזמנה לשיתוף פעולה עם הולנד

ד"ר רחלי קרייסברג, מנכ"לית מרכז החדשנות של הולנד ישראל ונספחת החדשנות של הולנד בישראל, אמרה, כי ממשלת הולנד הקצתה 23.5 מיליון יורו לקוואנטום ב-5 חמש השנים הבאות, ובהולנד פועלים מרכזי מו"פ בנושא קוואנטום, בהם קיוטק באוניברסיטה הטכנית דלפט, הפועל בשיתוף עם מיקרוסופט ואינטל. היא הזמינה את האקדמאים והיזמים הישראלים להשתלב בתוכניות השונות של ממשלת הולנד בנוגע לקוואנטום וציינה: "כולנו צריכים ליצור מסה קריטית של פעילות בתחום – והדרך לכך היא בשיתופי פעולה".
אן-מארי פיינמן, ממייסדי וינובה (רשות החדשנות השוודית) ומייסדת וינובה ישראל (הסניף הראשון מחוץ לשוודיה, מתוך שלושה), סיפרה, שתקציב וינובה העולמי ל-2020 עומד על 300 מיליון דולר וכולל הקמת האב חדשנות פיזי בישראל.
רותי אדר, מנהלת מרכז החדשנות של סמסונג בישראל הציגה את חזון סמסונג לנושא מהפכת הקוואנטום. מהפכת הקוואנטום תפתור עולם שלם של אתגרים, אחד מהם הוא האצת תהליך פיתוח התרופות – שבכל עשור משכו מוכפל! מחשוב קוונטי מקצר את התהליך ויאפשר את הפיכת ההאטה להאצה בפיתוח תרופות. "העולם הפיזי מבוסס על אלגוריתמים קוונטיים. כימיה קוונטית היא סוס המירוץ שיאפשר סימולציות של מולקולות מורכבות. עולמות הפארמה והפיננסים הם הבאים בתור – בעזרת הקוואנטום נגיע לאופטימיזציה של תיקי השקעות ושל פיתוח תרופות חדשות. התעשייה עצמה כבר מודעת למהפכה, רק בשבוע שעבר ישבתי במפגש עם חברת ביטוח, שמגלה עניין בתחום ומעוניינת בפתרונות". לאור בהלת הקורונה, ייתכן כי ישראל תתפוס מקום חשוב בפיתוחים העתידיים של סמסונג.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

12 תגובות

  1. הלינק תחת הכותרת "פרויקט המיוחד של סדרת כתבות על מחשבים קוונטיים " – לא עובד.

    נדמה לי שהעובדה שאיש לפני לא העיר על זה מעידה על איכות הקריאה ורמת התגובות. כהצעה – כדאי להטמין מוקשים כאלה ואחרים בכתבות על נושאים מדעיים כדי לראות מי כאן ער ומי כותב מתוך שינה.

  2. לאבי: להתפרס על כל העולם? אני מתקשה להאמין שיונתן כהן, למשל, לא התייחס להישג של גוגל, שהיה שיחת היום בקרב הקהילה הרלבנטית במשך כמה וכמה חודשים ( מי שמכיר את הבלוג של סקוט אהרונסון, למשל, שמע על ההישג עוד לפני הפרסום הרשמי).

    תרשה לי לצטט את עצמי : "מעניין אם חצי שנה אחרי הטיסה של האחים רייט היה מי ששכח לציין את העובדה הזאת במאמר פסאודו מדעי על כלי טיס כבדים מהאויר."

    מכל מקום, הנה הפרסום ב Nature:
    ttps://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5

  3. מאמר שלם על מחשב קוואנטי, וכל מה שיש לכם להגיד על גוגל זה "לגוגל יש פעילות מחקר של בינה מלאכותית קוונטית"?

    שכחתם את העניין הקטן של הוכחה ראשונה לעליונות קוואנטית שהושגה לפני כחצי שנה ע"י גוגל… מעניין אם חצי שנה אחרי הטיסה של האחים רייט היה מי ששכח לציין את העובדה הזאת כמאמר פסאודו מדעי על כלי טיס כבדים מהאויר.

    ,https://www.theverge.com/2019/10/23/20928294/google-quantum-supremacy-sycamore-computer-qubit-milestone"

    די עצוב שזאת הרמה של האתר היחיד(?) בעברית שעוסק באופן קבוע בחדשות מדעיות ומיועד לציבור הרחב.

  4. כבר עכשיו הסינים עובדים על אבטחה קוונטית, איפה הישראלים בתחום?

  5. "אבל הטכנולוגיה כרוכה בשינוי פרדיגמה כל כך משבש במחשבים שמפתחים שקולים צריכים להתחיל לבדוק את המחשבים הקוונטיים כבר עכשיו."
    5 פעמים קראתי את המשפט ועדיין לא בטוח שהצלחתי להבין מה כתוב בו.
    מה עם איזה פסיק?

  6. Oded Kafri
    מה זאת אומרת לעולם לא יעבדו? כל הפרסומים על חמחשבים הקיימים היום זה בלוף? קראתי שהם כבר הגיעו לביצועים של מחשבי על קיימים. זה לא נכון?

  7. מחשבים קוונטים לעולם לא יעבדו. הטכנולוגיה של FM נחותה מטכנולוגיה דיגיטאלית. מספיק לכתוב כתבות שגם המראיין וגם המרואיין לא מבינים על מה הם מדברים. ולכן מובן שגם הקוראים לא יבינו. מי שמבין ירים יד.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן