סיקור מקיף

אבני היסוד של מחשב הקוונטים המהיר ביותר נבנו

מדענים מאוניברסיטת מישגן השתמשו בלייזר על מנת לייצר מצב קוונטי בקיוביט, בתדירות של גיגה-הרץ, או מיליארד פעמים בשניה. הם גם יכולים להשתמש בלייזרים על מנת לבצע צעדים בסיסיים לקראת תיכנות

מיחשוב קוונטי. איור - יבמ
מיחשוב קוונטי. איור - יבמ

מחשב הקוונטים המהיר ביותר המראה את יתרונות הקיוביט (ביט קוונטי) על פני הביט הרגיל, הוצג ע"י חוקרים מאוניברסיטת מישיגן, ארה"ב, מעבדות המחקר של החיל הימי ואוניברסיטת קליפורניה בסן דיאגו.

מדענים השתמשו בלייזר על מנת לייצר מצב קוונטי בקיוביט, בתדירות של גיגה-הרץ, או מיליון פעמים בשניה. הם גם יכולים להשתמש בלייזרים על מנת לבצע צעדים בסיסיים לקראת תיכנות.

כל מה שרציתם לדעת על מיחשוב קוונטי

ביט קונוונציונלי יכול להיות 0 או 1. ביט קוונטי, או קיוביט, יכול להיות שניהם באותו הזמן. עד היום מדענים לא יכלו לייצר מצב דואלי זה באופן יציב.

הפיזיקאי פרופסור דונקן סטיל, הדוקטורנט שיודונג שו ועמיתיהם השתמשו בלייזרים על מנת לתפוס באופן קוהרנטי ויציב ספין של אלקטרון מוליך למחצה במצב של נקודה קוונטית. נקודה קוונטית משולה לטרנזיסטור במחשב קונוונציונלי.

המדענים תפסו את הספין במצב אפל בו הקיוביט התכוונן באופן שרירותי ב-0 וב-1. הם קוראים למצב זה "מצב אפל" מכיוון שהוא אינו מחזיר אור. כלומר אור אינו גורם לאיבוד הקוהרנציה בין שני המצבים. האור אינו מערער את הקיוביט. מחקר בנוגע לממצאים אלו יפורסם בכתב העת Nature Physics.

"אנו הראשונים להראות שניתן לעשות זאת על אלקטרון בודד שמתכנס למצב של נקודה קוונטית," אומר סטיל. "אם אתה מתכוון לעשות תכנות קוונטי, אתה חייב להיות מסוגל לעבוד על אלקטרון בודד בכל פעם".

ספין הוא תכונה עצמית של אלקטרון שאינו סיבוב אמיתי. סטיל מדמה את זה לקטבים מגנטיים. לאלקטרונים יש ספינים למעלה או למטה. במיחשוב קוונטי, כיווני למעלה ולמטה מיוצגים ע"י 0 או 1 כמו במיחשוב קונוונציונלי.

גישתו של סטיל לפיתוח מחשבי קוונטים היא להשתמש בלייזרים סופר-מהירים על מנת לשלוט על מערכי הנקודות הקוונטיות המוליכות למחצה, שכל אחת מכילה אלקטרון בודד. שערים לוגים קוונטים נוצרים ע"י אינטראקציות קוונטיות בין הנקודות.

בעבר במעבדתו של סטיל, חוקרים השתמשו בלייזר על מנת לייצר אלקטרון באחד מהמצבים 1 או 0 וקצת מהמצב השני. כעת בעזרת שני תדרי לייזרים שונים, הם לכדו את הספין במצב של 0 ו-1 בו זמנית, והם יכולים לשלוט על הכמות של כל אחד מהם.

משום שהאלקטרון לכוד בתוך המצב האפל, אור המכוון אליו לא יכול להרוס את הקוהרנציה. אנרגיה מהאור יכולה להפוך את הספין של האלקטרון, או הקיוביט, ולבלגן את המידע המאוכסן על הביט.

"המצב האפל הזה מהווה מקום בו ניתן לאכסן את המידע בלי כל שגיאות", אומר סטיל.

הודות ליכולתם לייצג מספר מצבים בו זמנית, מחשבי קוונטים יכולים להפחית את זמן החישוב באופן דרמטי בהשוואה למחשבים קונוונציונלים. ולכן יש להם פוטנציאל רב בשיפור אבטחת מחשבים.

"מערכת הביטחון הלאומית בארה"ב אמרה שבהסתמך על הטכנולוגיה הקיימת, יש לנו חלון ביטחון של 20 שנה", אומר סטיל. "כלומר אם אנו שולחים לוויין היום, ייקח 20 שנה לפצח את הקוד שלו. מחשבי קוונטים יאפשרו לפתח קוד שהוא בלתי ניתן לפריצה באמצעות מחשב קונוונציונלי".

להודעה של החוקרים

13 תגובות

  1. שלום.
    זה נשמע שמחשב קוונטי כזה יעשה פעולות לוגיות של מחשב רגיל רק בזמן יותר קצר
    ולא על עקרון הסופרפוזיציה.
    גם אם מחשב קוונטי יעבוד פי מיליארד בריבוע יותר מהר ממה שיש היום, הוספת 100 ביטים לאלגוריתם RSA תגדיל את הזמן הדרוש לפתרון פי הרבה יותר.
    זה ממש לא ברור איך מוצאים מחלקים של מספר גדול (נראה לי שזו הבעיה הראשונה שצריכה טיפול כי כל תוכניתן מסוגל לתכנת RSA שהיקום יקרוס עד שה-NSA יפענחו אותו בלי מחשב קוונטי) – איך לגרום לסדרת אלקטרונים בסופרפוזיציה להפוך להיות מחלק אפשרי של מספר אחר שמיוצג ע"י רצף אלקטרונים, האלקטרונים עצמם לא יודעים איפה הם ואיזה ספרה הם מייצגים. לדעתי כל משימה כזאת, מצריכה אלגוריתם ספציפי שיספר לאלקטרונים מה הם אמורים למצוא, ולא רצף של פעולות לוגיות בסדר מסויים, ובגלל זה הקושי.

  2. כל זה באמת מבלבל אבל…..
    כל מצב מדיד בקנה מידה החלקיקי הוא מה שקרוי קריסה קוונטית של מצב גלי המוגדר כסופרפוזיציה זוהי משוואת הגל המתארת את אוסף כל המצבים האפשריים של החלקיק.
    האוסף הזה כולל את כל המדידות בכל האספקטים השונים.
    קחו למשל את רוה"מ פונקצית הגל שלו מתארת את המעטפות שספר בו זמנית ואת כל הטיסות לכל היעדים על חשבון כל אחד ואחד מהתורמים וכו' וכל זה בעת ובעונה אחת שזה בהחלט מרשים. כלומר זה מאפשר לכווץ הסטוריה שלמה המורכבת מאירועים בדידים למן גל שמכיל את כולם יחדיו.
    בדרך כלל קריסה של הגל נותנת רק ערך אחד מדד אחד עבור אוסף המאפיינים אולם אם באפשרותנו להפוך את הכיוון כלומר לגרום לסימטריה דו כיוונים באופן שהקריסה איננה חד צדדית. התוצאה היא כאילו שמחשב הכיס שלכם מחשב את כל סידרת החישובים הסיקוונציאלית של חשבון המכולת האחרון בו זמנית. נניח שיש ברשימה 100 פריטים החישוב נעשה כאילו בבת אחת. זה קצת מבלבל אבל גם הםיסיקאים לא כל כך מבינים את זה אז לא נורא.

  3. האם זה אומר שבקרוב יהיה בלתי אפשרי לפענח מסרים שהוצפנו ע"י מחשב מסוג זה?

  4. חברה??וסתר,ושי כמובן!

    רק ,שתדעו לכם,שברגע זה ה"אלקטרון הבודד "שלי איבד את ה"צפון"המגנטי שלו עם
    הסיבוב של ה"ספין",שאינו בדיוק סיבוב,הקשר הקוונטי,לכל העניין,ירד לאיזה נישה..שאולי
    רק הנקודה שלנו,מבין במה מדובר.המגה ביטים..הלכו לי לאיבוד באיזה מחשב מגלומני,
    שאינני מבינה בו דבר…והפלא שבדבר,שלמרות זאת עדיין אני ממשיכה לעקוב ולהבין
    ברגע זה ,לנסתר מעיני.
    כנראה,שכתבה אחרת הורידה אותי,זמנית, שאולה.סליחה.

  5. ילמדוני רבותי.
    מצבי הספין אינם רציפים אלא בדידים, אז מה זה שכתוב שניתן לשלוט על כמות הספין? מאידך כתוב גם שהאלקטרון יכול להיות במצב האפל כלומר גם וגם, אבל האם ברמות שונות?
    ולסיכום – האם המהירות והאבטחה של מחשוב קוונטי נובעים מהמיתוג המהיר או מכך שיש מצב נוסף – אפל (ושוב – האם מצבים נוספים?) על האפס והאחד?

  6. ולנקודה: הסיבה שהתחום מתקדם כ"כ לאט היא
    שבעוד שלמחשב קוונטי יש כוח חישוב "אקספוננציאלי" במספר הקיוביטים, יש גם קושי אקספוננציאלי לבנות מחשב עם מספר קיוביטים כזה.
    במילים אחרות: אין ארוחות חינם.

  7. יש טעות בכתבה "גיגה-הרץ, או מיליון פעמים בשניה"
    גיגה = מיליארד
    מגה = מיליון

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן