מחשוב קוונטי יכול לשנות הכל, ויבמ מתמודדת מול מיקרוסופט, אינטל וגוגל כדי לשלוט בו

ג'ים קלארק, מנהל החומרה הקוונטית באינטל, עם אחד מהמעבדים הקוונטיים של החברה. תמונה; אינטל

• מחשבי קוונטים הם טכנולוגיה מרגשת ביותר שמחזיקה בהבטחה ליצור יכולות מחשוב עוצמתיות לפתרון בעיות שהיו בעבר בלתי פתירות.
• מומחים אומרים ש-IBM הובילה את הדרך בתחום המחשוב הקוונטי, וזו הסיבה שגוגל, אינטל, מיקרוסופט ושלל חברות סטארט-אפ נמצאות תחת השפעתה.
• משקיעים נמשכים לסטארטאפים של מחשוב קוונטי, כולל IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems ו-Rigetti, שעלולים לשבש את השוק.
• עם זאת, יש מלכוד: מחשבים קוונטיים מודרניים הם בדרך כלל לא חזקים או אמינים כמו מחשבי העל של ימינו, והם גם דורשים תנאים מיוחדים להפעלה ולאתחול.

בינואר עשתה יבמ גלים כשהכריזה על IBM Q System One, המחשב הקוונטי הראשון בעולם הזמין לעסקים. המכשיר אוכסן במארז זכוכית מלוטש בנפח של 9 רגל מעוקב.

זוהי אבן דרך חשובה עבור מחשבים קוונטיים, שעדיין נמצאים במעבדות מחקר. לפי יבמ, הקונים כבר מחפשים לשים את ידם על הטכנולוגיה, שמראה הבטחה במגוון תחומים: כימיה, מדעי החומרים, ייצור מזון, תעופה וחלל, פיתוח תרופות, תחזיות בורסות ואפילו שינויי אקלים.

IBM Q System One. צילום: IBM

הסיבה להתרגשות היא שלמחשב קוונטי יש תכונות קסומות לכאורה המאפשרות לו לעבד באופן אקספוננציאלי יותר מידע מאשר מערכת קונבנציונלית. מחשב קוונטי הוא לא רק מחשב מהיר מאוד; ליתר דיוק, זוהי פרדיגמת מחשוב שונה לחלוטין הדורשת חשיבה מחודשת רדיקלית.

המנצחת במירוץ הטכנולוגי תהיה החברה שתנצל את ההזדמנויות שמספקת טכנולוגיה זו. יבמ, מיקרוסופט, גוגל וענקיות טכנולוגיה אחרות, כמו גם סטארט-אפים, מהמרים על הטכנולוגיה הזו.

Business Insider שאל את סגן נשיא IBM Q Strategy and Ecosystem, בוב סוטור, כיצד להנגיש את המערכות הללו לאנשים: איך אנשים יגשו אליהן? איך אנשים רבים יכולים ללמוד להשתמש במחשבים קוונטיים כדי לבצע את המשימות שלהם?

יש סיכוי קטן לראות מחשבים קוונטיים במשרד בזמן הקרוב. מומחים עימם שוחחנו מאמינים שלמרות היותו זמין ל-IBM, יעברו עוד חמש עד עשר שנים עד שהמחשוב הקוונטי יגיע באמת למיינסטרים. IBM Q System One זמין כרגע רק כשירות מחשוב ענן ללקוחות נבחרים. יעבור זמן עד שאנשים יוכלו לרכוש משהו כזה ולהפעיל אותו למטרותיהם.

אכן, מומחים אומרים שמחשבים קוונטיים מראים הבטחה גדולה, אבל הם רחוקים מייצור המוני. הם שבירים ביותר ודורשים תנאים מיוחדים לעבודה. יתרה מכך, מחשבים קוונטיים כיום אינם אמינים או חזקים כמו המחשבים שכבר יש לנו.

"אנחנו מאמינים שבעוד כעשר שנים, מחשב קוונטי ישנה את החיים שלך או את חיי", אמר ג'ים קלארק, מנהל החומרה הקוונטית באינטל, ל-Business Insider. - למעשה, אנחנו נמצאים כעת רק במייל הראשון של המרתון. זה לא אומר שאנחנו לא מודאגים מזה".

מהו מחשב קוונטי?

ביל גייטס אמר פעם שהמתמטיקה מאחורי הקוונטים הייתה מעבר להבנתו, אבל לא כולם הסכימו.

"זו קצת תפיסה שגויה שפיזיקה קוונטית היא פיזיקה והיא מסובכת מדי", אומר כריס מונרו, מנכ"ל ומייסד שותף של IonQ, ל-Business Insider. "מה שהופך את זה לבלתי מובן עבור אנשים רבים הוא שזה לא מובן, אבל זה לא מובן לי כמו שזה לא מובן לך." אם משהו יכול להיות בסופרפוזיציה, זה אומר שהוא יכול להיות בשני מצבים בו זמנית. זה מוזר כי אנחנו לא חווים את זה בעולם האמיתי".

המחשבים שבהם השתמשנו מציגים נתונים כמחרוזת של 1 או 0 שנקראת קוד בינארי. עם זאת, מחשב קוונטי יכול לייצג נתונים כ-1, 0, או, והכי חשוב, שני המספרים בו-זמנית.

כאשר מערכת יכולה להיות ביותר ממצב אחד בו-זמנית, היא נקראת "סופרפוזיציה", אחת התכונות הקסומות לכאורה של מחשוב קוונטי. עקרון המפתח הנוסף כאן הוא "הסתבכות", שהיא תכונה קוונטית המאפשרת לשני חלקיקים לנוע בסנכרון מושלם, לא משנה כמה רחוק זה מזה הם מופרדים פיזית.

כמו שמסביר מאמר ב-Scientific American, שתי התכונות הללו משתלבות כדי ליצור מחשב שיכול לעבד הרבה יותר נתונים בו-זמנית מכל מערכת הקיימת היום בשוק.

הספק של מחשב קוונטי נמדד בקיוביטים, יחידת המדידה הבסיסית במחשב קוונטי. בדיוק כפי שלמחשבים מודרניים יש מעבדי 32 סיביות או 64 סיביות (מדד לכמה נתונים הם יכולים לעבד בבת אחת), למחשב קוונטי עם יותר קיוביטים יש כוח עיבוד משמעותי יותר.

בתוך מחשב קוונטי. צילום: IBM

השמיים הם הגבול

כל זה אומר שמחשב קוונטי יכול לפתור בעיות שבעבר הוגבלו על ידי כוח מחשוב.

לדוגמה, מחשב קוונטי יכול לפתור בצורה גסה את בעיית המוכר הנוסע המפורסמת, בעיה חישובית מורכבת הדורשת מציאת המסלול הקצר ביותר בין ערים מרובות לפני החזרה הביתה. זה נשמע פשוט, אבל אם מסתכלים על זה בצורה מתמטית, מציאת הנתיב האופטימלי היחיד הופך לקשה יותר ככל שמוסיפים עוד ערים למסלול שלו.

באופן דומה, מחשב קוונטי יכול לדשדש בין הבעיות הכי מסובכות וגוזלות זמן, לסנן כמויות אדירות של נתונים פיננסיים, פרמצבטיים או אקלים כדי למצוא פתרונות אופטימליים. ואכן, הסטארט-אפ הקוונטי D-Wave כבר משתף פעולה עם פולקסווגן כדי לנתח דפוסי נהיגה ולסנן כמויות אדירות של רעש כדי להגיע לעומקם של הדברים.

התועלת שלו בתחום ההצפנה נידונה. מחשב קוונטי מסוגל לשלוט בשיטת הצפנה השונה מצופן ידוע בעבר, המאפשרת לו לפענח בקלות אפילו סודות מדינה. יש עניין רב מצד ממשלות גלובליות בתכונה שימושית זו, בעוד פעילים חוששים שהופעת המחשוב הקוונטי עלולה להרוס את הפרטיות.

בעיה בפיזיקה

"מכיוון שהמחשוב הקוונטי עדיין בשלביו הראשונים, יש הרבה מידע שנותר לא מוכח", אמר מתיו בריס, סגן נשיא למו"פ בגרטנר. "אבל הקונים כבר מחפשים יישומים כדי לקבוע את היתרונות התחרותיים של מחשוב קוונטי עבור העסק שלהם", הוא אומר.
למרות כל ההייפ, מומחים מאמינים שמחשבים קוונטיים רחוקים מלהוביל כמו מחשבים אישיים בשנות החמישים. כמובן שהם צוברים תאוצה, אבל לאט לאט.
"ניתן להשוות מחשוב קוונטי לרכבת שנוסעת לאט", אמר בריאן הופקינס, סגן נשיא ואנליסט ראשי בפורסטר, ל-Business Insider. "אם הוא זז אינץ' אחד לשנייה, אז בעוד חודש הוא כבר יעבור שני אינצ'ים לשנייה". די בקרוב הוא יתחיל לנוע מהר יותר".

הבעיה הגדולה עכשיו היא שמחשב קוונטי לא יכול לעשות שום דבר שמחשב קלאסי לא יכול לעשות. התעשייה מצפה לרגע שנקרא עליונות קוונטית, כאשר מחשבים קוונטיים יעברו את המגבלות הנוכחיות.

"כשלקוחות מגיעים אלינו, הדבר העיקרי שהם אומרים לנו הוא שלא אכפת להם איזה מודל זה כל עוד הוא שימושי עבור העסק שלהם", אומר האנליסט בריס. - אין מודל שיכול להתעלות על אלגוריתמים קלאסיים. אנחנו באמת צריכים לחכות עד שחומרת המחשב הקוונטי תתחיל להשתפר."

עמיתת המחקר של יבמ קייטי פולי בוחנת את הקרוסטט שעוזר למחשבים קוונטיים לשמור על טמפרטורות נמוכות. צילום: אנדי אהרון, IBM

הבעיה הגדולה היא היעדר כוח מחשוב. ההנחה היא שעליונות קוונטית תדרוש מחשב עם הספק של 50 קיוביטים. אף על פי שאבן דרך זו הושגה במעבדה, היא אינה קבועה ואינה יכולה להתקיים. ואכן, קיוביטים יכולים להיות גם נתונים לשגיאות וגם לא יציבים, מה שמוביל לבעיות ביצירתם ומצמצם את הפוטנציאל שלהם.

גורם חשוב נוסף הוא יותר חומר. מחשבים קוונטיים חייבים להיות מבודדים לחלוטין מסביבתם כדי לתפקד ודורשים טמפרטורות נמוכות מאוד. אפילו הרעידות הקטנות ביותר עלולות לגרום לקיוביטים להתמוטט ולזרוק אותם מסופרפוזיציה, בדיוק כפי שילד דופק על שולחן גורם למטבעות מסתובבים ליפול על השולחן.

מחשבים קוונטיים קודמים, כמו IBM Q System One, הם כה מגושמים עד שתנאי הבידוד והקירור הנחוצים הופכים לאתגר אמיתי. מה שמחריף את הבעיה הזו הוא מחסור ברכיבים הכרחיים: כבלים מוליכים ומקררים בטמפרטורה נמוכה. הם במחסור חמור.

בסופו של דבר, זה אומר שלמרות שהידע משתפר והטכנולוגיה מתקדמת, מחשוב קוונטי עדיין לא ישים באופן מעשי.

"אחד האתגרים בקבוצת העבודה שלי הוא מניפולציה של חומרים, סיליקון, מתכות, כדי שנוכל ליצור סביבה הומוגנית מאוד", אמר קלארק של אינטל. - זו בעצם טכנולוגיית המוליכים למחצה הטובה ביותר. הטכנולוגיות שאנו צריכים כדי ליצור מחשוב קוונטי בקנה מידה אינן קיימות עדיין".
בעיה נוספת היא שלמחשבים קוונטיים יש את הפוטנציאל הבלתי מעורער לספק כוח מחשוב בלתי צפוי. עם זאת, אין הרבה אנשים בעולם הזה שיש להם ניסיון בתכנות או בהפעלת מערכות אלו, וקונים פוטנציאליים מוקסמים בניסיון להבין כיצד להשתמש בו בפועל.

המירוץ הקוונטי הגדול

אנליסטים אומרים ש-IBM מובילה כיום את מירוץ המחשוב הקוונטי הודות לזמינות המסחרית המוגבלת של IBM Q System One. מכיוון שהגישה אליו מתבצעת דרך הענן, IBM יכולה לשמור על תנאים מיוחדים אלה כדי לשמור על תפקוד המחשב הקוונטי הזה, תוך כדי מתן אפשרות ללקוחות נבחרים להשתמש בו.

"אני חושב [המחשב הקוונטי של IBM] מתנדנד", אמר האנליסט בריס. "אני חושב שהמחשוב הקוונטי כמודל שירות הוא המודל הנכון." בכך שהם מכניסים אותו למיכל ומטפלים בו ספציפית, הם באמת מנסים לשפר את האיכות שלו".

שרה שלדון ופט גומן מ-IBM עובדים על מקרר פירוק שמקרר מחשבים קוונטיים. צילום: IBM

יחד עם זאת, אנליסטים מציינים כי כל אחד מהשחקנים בשוק הזה יכול לקבל פריצת דרך בכל רגע שתאפשר לו להתקדם, ושזו עדיין יריבות הכרחית.

ענקיות IT שונות מתייחסות לבעיה זו בצורה שונה. אינטל, יבמ, גוגל וסטארט-אפ המחשוב הקוונטי ריגטי בונים מערכות המבוססות על מעגלים מוליכים-על, המופעלים על ידי מחשבי-על חדישים.

מיקרוסופט נוקט בגישה שונה לחלוטין ואולי מסוכנת יותר בניסיון ליצור קיוביט טוב יותר. הקיוביט הטופולוגי שמיקרוסופט מנסה ליצור מקטע אלקטרונים כדי לאחסן מידע במספר מקומות בו-זמנית, מה שהופך אותו ליציב יותר ופחות מועד להרס. זה פחות חזק ממה שמתחריו מנסים לבנות, אבל התוצאה תהיה צעד גדול קדימה עבור כל תחום המחשוב הקוונטי, אמר האנליסט הופקינס.

"הם בהימור ואנשים רבים חושבים שהם לעולם לא יצליחו", אמר הופקינס.

בצד ההרפתקני יותר, סטארט-אפים כמו IonQ ו-D-Wave מהמרים על טכנולוגיות מתקדמות כמו לכידת יונים וחישול קוונטי. במילים פשוטות, הם מנסים בדרכים שונות להשיג ביצועים ויציבות גדולים יותר מכל קיוביט, תוך שימוש בשיטות חדשות לחלוטין.

"זה מאפשר לנו לבנות מחשב קוונטי שפותר בעיות מורכבות ומתקדם ברציפות לעשות זאת", אמר מארק ג'ונסון, סגן נשיא לתכנון ופיתוח מעבדים ומוצרים קוונטיים ב-D-Wave, ל-Business Insider.

מדען קוונטים של IBM עובר במרכז המחשוב של IBM Q במרכז המחקר של תומס ג'יי ווטסון ביורקטאון הייטס, ניו יורק. צילום: Connie Zhou עבור IBM

סטארט-אפים קוונטיים

הזינוק במחשוב הקוונטי עורר גל של עניין של משקיעים בסטארט-אפים קשורים. רוברט סוטור מ-IBM מעריך שיש כ-100 חברות סטארט-אפ קוונטיות של תוכנות, חומרה ואפילו ייעוץ ברחבי העולם. זה קטן בהשוואה לשוק הסטארט-אפים העצום, אבל הרבה יותר גדול מבעבר.

"הייתי במרחב הזה הרבה זמן, מההתחלה", אמרה מונרו של IonQ. — תקופה ארוכה זה היה בחיתוליו, עד לפני 5-8 שנים משך תשומת לב ומשך השקעות ענק. התברר שהגיע הזמן".

כריס מונרו, מנכ"ל ומייסד שותף של סטארטאפ המחשוב הקוונטי IonQ. צילום: IonQ

חלקם, כמו ריגטי, מוכנים ללכת רגל אל רגל עם טיטאנים טכנולוגיים עם שבבים קוונטיים משלהם ומערכות מחשוב קוונטי מתוחכמות.

"זה הליבה של העסק שלנו", אמרה בטסי מסילו, סגנית נשיא למוצר ב-Rigetti, ל-Business Insider. — יש הרבה חברות בתחום הקוונטי שעובדות על יישומי תוכנה בתחום המחשוב הקוונטי. אנחנו מייצרים שבבים ובונים מערכות מחשוב".

מתיו קינסלה, מנכ"ל Maverick Ventures, אומר שהוא שורי בתחום המחשוב הקוונטי. החברה שלו הרחיקה לכת והשקיעה בחברת ColdQuanta, שמייצרת ציוד המשמש במערכות קוונטיות. הוא מצפה שמחשבים קוונטיים יצליחו להתעלות על המערכות של היום בתוך חמש עד XNUMX שנים. Maverick Ventures מהמר על טווח ארוך.

"אני באמת מאמין במחשוב קוונטי, למרות שעשוי לקחת יותר זמן מהצפוי עד שמחשב קוונטי יהפוך לטוב יותר ממחשב מסורתי לפתרון בעיות יומיומיות. סביר להניח שנראה את היתרונות של מחשבים קוונטיים בפתרון בעיות בקנה מידה קטן בשנים הקרובות", אמר קינסלה.

מעבדות 2000Q Systems של D-Wave. צילום: D-Wave

קינסלה, כמו האנליסטים איתם שוחחנו, מצפה למה שנקרא "חורף קוונטי". אולי יש הייפ סביב מחשבים קוונטיים, אבל אנשים מגלים תקוות, מזהירים מומחים. המכונות עדיין לא מושלמות, ויעברו שנים עד שהמשקיעים יראו תוצאות.

בפרספקטיבה

אפילו מעבר לעליונות הקוונטית, מומחים מבטיחים לנו שעדיין יש מקום למחשבים ולמחשבי-על מסורתיים. עד אז, עדיין יש בעיות של עלות, גודל, אמינות וכוח עיבוד שצריך לפתור לפני שנוכל לדון בזה.

"אנחנו צריכים לקחת נשימה", אמר האנליסט בריס. "יש הרבה דברים מרגשים שקורים בתחום הזה שגוזלים זמן." זהו קונגלומרט של פיזיקה, מדעי המחשב ולמען האמת, ניתוח מדעי. לא היינו צריכים ללמוד את זה אם היינו יודעים את כל התשובות, אבל יש הרבה עבודת מחקר לפנינו".

מחשב קוונטי של ריגטי. צילום: ריגטי

עם זאת, עבור רבים ברור שזהו העתיד. בדיוק כמו שיצרני מחשב המיינפריים הראשון לא הבינו שזה יוביל בסופו של דבר ליותר סמארטפונים בגודל כף היד. מחשב קוונטי יכול להיות הצעד הראשון בדרך חדשה לחלוטין.

מעטים, כמו סמנכ"ל הממשל התאגידי של מיקרוסופט טוד הולמדאל, אופטימיים מספיק כדי לומר שזה יכול להיות משמעותי יותר מבינה מלאכותית ולמידת מכונה כיום. הוא נהג לומר לילדים שלו שהם צריכים לעשות את מה שהם מתלהבים ממנו ושהם תמיד יכולים למצוא עבודה בבינה מלאכותית. עכשיו הוא יגיד את אותו הדבר לגבי מחשוב קוונטי.

"זה תחום שיתפתח. אנחנו צריכים אנשים שימלאו אותו וימנעו ממנו לקמול", אמר הולמדאל. "זה ממלא תפקיד חשוב בדור שלנו, נותן לנו את ההזדמנות ליצור דברים מדהימים בעתיד."

מקור: www.habr.com