כולנו שמענו מתישהו את המילים מחשב קוונטי, אך בדרך כלל מעטים מאוד יודעים מהי באמת. עבור רבים, הדבר הראשון שעולה בראש הוא מחשב אישי חזק מאוד, המסוגל לבצע כל משימה אך במהירות מקסימאלית, אך זה לא מחשב פשוט חזק במיוחד, זה הרבה יותר מזה.
למרות אלה מכונות שאינן בהישג יד של הציבור הרחב, הם מייצרים הרבה סקרנות. במאמר זה אנו מסבירים מהו מחשב קוונטי ולמה הוא משמש בדרך כלל ומהן התופעות הקוונטיות שעליהן מבוסס כוחו.
מהו מחשב קוונטי?
מחשבים קוונטיים הם מכונות ממותות המנצלות כמה תופעות של מכניקת הקוונטים כדי להשיג עליות גדולות בכוח העיבוד. מחשבים קוונטיים מסוגלים להתעדכן בביטומן לכל מחשב שולחני סופר מסורתי. משהו שמכונה לעיתים קרובות עליונות קוונטית.
האם זה אומר שבסופו של דבר יהיה לנו בבית מחשב קוונטי כדי לגלוש באינטרנט או לשחק משחקי וידאו? בהחלט לא. מכונות קלאסיות ימשיכו להיות הפיתרון הרגיל הן לפתור את הבעיות שלנו והן לבסס את הפנאי האינטראקטיבי שלנו. גם הכי חסכוני.
מחשבים קוונטיים מבטיחים להיות דחיפה לתחומים שונים של התקדמות טכנולוגית, כגון מדע, רפואה או גנטיקה. חברות מסוימות כבר מתחילות להשתמש בהן לפיתוח המוצרים החדשים שלהן, כגון חומרים קלים ועמידים יותר להחלפת דלק תרמי לחלוטין.
איך עובד מחשב קוונטי?
המכונות האלה הם לא מבססים את כוחם על חומרה קונבנציונאלית, כמו זה שאנחנו יכולים למצוא במחשבים הביתיים שלנו, זה לא קשור לכרטיסי מסך גדולים ומעבדים, אלא הרבה יותר מכך, גם בכמות וגם במורכבות. סוד כוחו של מחשב קוונטי טמון ביכולתו לייצר ולתפעל ביטים קוונטיים או קווביטים.
מהו קוביט?
מחשבים מסורתיים משתמשים בסיביות, מגה-בייט, ג'יגה-ביט .... זרם של פולסים חשמליים או אופטיים המייצגים אלה ואפסים. כל העולם הווירטואלי מדוא"ל, אתר או סרט שאנו רואים ברשת, חיוני לשרשרת ארוכה של אפסים ואפסים.
מחשבים קוונטיים משתמשים בקוביטים, חלקיקים תת אטומיים כמו אלקטרונים או פוטונים. הגישה של חברות מסוימות אוהבת גוגל מסתמכת על מעגלי מוליך-על שמקוררים בטמפרטורות נמוכות מהחלל העמוק. אחרים לוכדים אטומים בודדים בשדות אלקטרומגנטיים על שבב סיליקון, בתא ואקום. בשני המקרים המטרה היא לבודד את הקוביטים למצב קוונטי מבוקר.
לקוביטים יש כמה מאפיינים מוזרים, שהופכים קבוצה שלהם למסוגלת הרבה יותר כוח עיבוד מאותו מספר ביטים בינאריים. החשובים ביותר נקראים סופרפוזיציה והסתבכות קוונטית.
מהי סופרפוזיציה קוונטית?
סופרפוזיציה קוונטית מתרחשת בטבע, כאשר חלקיק אלמנטרי מחזיק בו זמנית בשני מצבים או יותר, כפי שקורה בפוטונים, אשר הם יכולים להישאר בשני מקומות שונים בו זמנית, דבר שאי אפשר לדמיין בעולם הפיזי הרגיל.
מאפיין זה נצפה גם בחלקיקים אחרים כמו אלקטרונים או נויטרונים, באטומים או אפילו במולקולות קטנות. מסע זה הביא מדענים לתהות היכן הגבול בין עולם הקוונטים למה שאנו מכנים העולם האמיתי, כאשר חלקיק מפסיק להיות קוונטי ונתון לחוקים פיזיקליים ידועים.
הודות לתופעה זו, מחשב קוונטי עם מספר קווביטים חופפים יכול להגיע למספר רב של תוצאות אפשריות בו זמנית.
הסתבכות קוונטית
ניתן ליצור זוגות של קווביטים "מסובכים", לפיהם שניהם קיימים באותו מצב קוונטי. שנה את מצב אחד הקוביטים זה ישנה באופן מיידי את מצב זה של זה באופן צפוי, זה קורה גם אם אתם רחוקים זה מזה.
לא ידוע בוודאות כיצד או מדוע הסתבכות קוונטית עובדת בפועל. משהו שהצליח לבלבל את אלברט איינשטיין עצמו, שיתאר זאת כ"פעולה מפחידה מרחוק ". ההסתבכות חיונית למחשבים קוונטיים כדי לרכוש את כוחם הרב. במחשב קונבנציונאלי, הכפלת מספר הביטים מכפילה את כוח העיבוד שלו. במקרה של מחשב קוונטי, הוספת קוביטים נוספים מייצרת עלייה מעריכית ביכולתו.
מכונות אלו מנצלות את הקוביטים המסתבכים במעין שרשרת חיננית קוונטית לביצוע פעולות. היכולת של מכונות להאיץ חישובים בעזרת אלגוריתמים קוונטיים שתוכננו במיוחד היא הסיבה שהם מייצרים כל כך הרבה התרגשות.
אבל לא הכל יוצא דופן כשמדובר במחשבים קוונטיים, מכיוון שהם רגישים מאוד לטעויות, בגלל חוסר עקביות חישובית.
חוסר עקביות
זו תופעה שגורמת להתפוררות ההתנהגות הקוונטית ולבסוף להיעלם עקב האינטראקציה של קוויביטים עם סביבתם, מכיוון שמצבם הקוונטי שביר מאוד. רטט קל או שינוי בטמפרטורה יכולים לגרום לאלו לצאת מהחפיפה לפני השלמת המשימה. מסיבה זו, קוביות מאוחסנות בדרך כלל במקררים ובתאי ואקום בטמפרטורה נמוכה מאוד.
המחשב הקוונטי של גוגל
גוגל לא רצתה להישאר מאחור בכל הקשור לטכנולוגיה קוונטית, הענקית בצפון אמריקה פיתחה מחשב קוונטי המסוגל לבצע חישוב תוך 200 שניות, שבמחשב-על מסורתי היה לוקח עשרת אלפים שנה. לכן היא מכריזה שמחשבים קוונטיים הם העתיד המיידי. למרות שהתחרות שלה יבמ לא מסכמת בסופו של דבר.
חוקרים נייטרליים מראים כי המחשב הקוונטי של גוגל נאלץ לבצע חישוב מספר אקראי שיכול להצליח רק אם כל רכיבי המחשב עובדים בהרמוניה מושלמת.
גוגל לא מתכננת לרדת לפיגור במרוץ זה ולכן מבטיחה להשקיע הרבה יותר הון בטכנולוגיה זו. במקרה של גוגל, נוכל לומר שזה יהיה המקרה, למרות ש- IMB לא מתכוונת לשבת בחיבוק ידיים מכיוון שרוב המשאבים שלה מוקדשים כיום לשיפור טכנולוגיה זו. הזמן יגיד אם גוגל מסוגלת לפתח עליונות קוונטית בכוחות עצמה או שהיא תצטרך להצטרף לתחרות שלה.
זו טכנולוגיה ש יכול להועיל לכולנו בפיתוח תרופות המסוגלות לרפא מחלות חשוכי מרפא עד כה.