מחשב על - איך המחשבים הקוונטיים ישנו את חיינו ואיפה ישראל נמצאת במרוץ?

בעשורים האחרונים נמצאים מדענים וחוקרים רבים ברחבי העולם במירוץ לפיתוח מחשבים קוונטיים – מכונות עוצמתיות המסוגלות לבצע חישובים במהירות וביעילות חסרות תקדים. אם מחשבים קלאסיים פועלים על בסיס ביטים של 0 או 1, מחשבים קוונטיים משתמשים בקיוביטים (Qubits), שמסוגלים להיות גם 0, גם 1 וגם שילוב של השניים בו-זמנית. אז מה זה בעצם מחשב קוונטי, אילו מדינות וחברות מובילות בתחום, ומה המשמעות של כל זה?

מחשב קוונטי: העתיד שמתחיל עכשיו

נתחיל בשאלה - איך אנחנו מתמודדים עם בעיות מורכבות: מציאת תרופות למחלות, ניהול תחבורה בערים גדולות, או אפילו פריצות דרך במדע? מחשבים עוזרים לנו וזה לוקח המון זמן - תכנות, יישום ועוד, ולא תמיד יש פתרון. עכשיו תדמיינו מחשב שיכול לקחת את כל הבעיות האלו ולהציע פתרונות במהירות וביעילות שלא הכרנו. זה בדיוק מה שמחשב קוונטי אמור לעשות.  

מה זה מחשב קוונטי ואיך הוא עובד?

מחשב קוונטי הוא לא כמו המחשב שעל השולחן שלכם או הטלפון בכיס. במקום ביטים שעובדים כאמור על 0 ו-1 בלבד, המחשב הקוונטי משתמש בקיוביטים. הקיוביטים יכולים להיות במצב של 0, 1, או שניהם בו זמנית - מה שמאפשר למחשב כזה לעבד המון אפשרויות במקביל. תחשבו על זה כעל מסיבה שבה כל האורחים יכולים לדבר עם כולם באותו זמן במקום לחכות לתורם.

השם מחשב קוונטי מגיע ממכניקת הקוונטים, ענף בפיזיקה שמתאר את ההתנהגות של החומר ברמה האטומית והתת-אטומית. הבסיס הטכנולוגי והפיסקלי של מחשב קוונטי הוא חלקיקים תת-אטומיים שמנצלים תכונות כמו סופרפוזיציה ושזירה קוונטית:

סופרפוזיציה - הקיוביט יכול להימצא בשני מצבים – 0 ו-1 – בו זמנית. כך המחשב מסוגל לבצע חישובים במקביל, מה שמגדיל את עוצמת העיבוד באופן אקספוננציאלי.

שזירה קוונטית - קשר שמאפשר לקיוביטים מרוחקים להשפיע זה על זה באופן מידי, גם אם הם נמצאים במרחקים גדולים.

כך לדוגמה, אם במחשב קלאסי ארבעה ביטים יכולים לייצג מצב אחד בכל רגע, מחשב קוונטי עם ארבעה קיוביטים יכול לייצג 16 מצבים שונים בו-זמנית.

אבל, עזבו את הפיסיקה המורכבת - הנה דוגמה שתעשה לכם סדר - נניח שצריך למצוא את המסלול הכי מהיר להוביל סחורות בין ערים. מחשב רגיל יבדוק כל מסלול בנפרד, בזמן שמחשב קוונטי יבחן את כל האפשרויות בבת אחת.

• המאבק על עתיד החיפוש: גוגל מול גל השינוי הטכנולוגי
• המשמעות של עסקת WIZ- גוגל לישראל והפוטנציאל בתעשיית מיחזור המתכות

 

למה מחשב קוונטי הוא פריצת דרך?

מחשבים קוונטיים נועדו כאמור לפתור בעיות שהמחשבים הקלאסיים לא מסוגלים להתמודד איתן בזמן סביר, כמו למשל:

פענוח צפנים - המחשבים הקוונטיים מאיימים לפרוץ את מערכות ההצפנה הנוכחיות. סימולציות כימיות - הבנה מדויקת של מולקולות וחומרים יכולה להוביל לפריצות דרך בתחומי הרפואה, האנרגיה והחומרים החדשים. אופטימיזציה מורכבת - פתרון בעיות מורכבות כמו שיפור לוגיסטיקה, תחבורה ושרשראות אספקה.

מי נמצא במרוץ - מדינות וחברות שרוצות להיות הראשונות

במירוץ לפיתוח מחשבים קוונטיים משתתפות מדינות וחברות מובילות בעולם, והתחרות העולמית הזו צוברת תאוצה בשנים האחרונות:

ארה"ב: נמצאת בחזית הפיתוח עם השקעות אדירות מצד ממשל וחברות פרטיות. גוגל היא מובילה בתחום, והכריזה באחרונה על השבב הקוונטי Willow. השבב הזה, שמכיל 100 קיוביטים, שיפר משמעותית את יכולות המחשב הקוונטי של החברה. גוגל טוענת שהמערכת שלהם עברה את "סף התיקון השגוי", כלומר הצליחה למזער שגיאות בחישובים באופן שמביא את המחשבים הקוונטיים לשלב חדש של אמינות.

• הסטארטאפ של יוצאי נוניים גייס 50 מיליון דולר
• סטארט-אפ ה-AI של מייסד פנטרה השלים גיוס של 4 מיליון דולר
• תוכן שיווקי "הקרנות הפאסיביות מהוות 60% מהענף"

חברות נוספות בארה"ב כוללות את IBM, שהצליחה לפתח מחשב עם 433 קיוביטים בשם Osprey, וכן את מיקרוסופט שמפתחת פתרונות תוכנה קוונטיים בענן.

סין: משקיעה משאבים עצומים בפיתוח מחשוב קוונטי כחלק מהתוכנית הלאומית שלה להפוך למעצמה טכנולוגית. מעבדות כמו USTC הודיעו על פריצות דרך משמעותיות, כולל פיתוח מערכת קוונטית עם יותר מ-60 קיוביטים.

אירופה: האיחוד האירופי מקדם תוכנית להשקעה של מיליארדי יורו במחקר ופיתוח בתחום הקוונטי. גרמניה, צרפת ובריטניה מובילות בגזרה הזו, עם מעבדות אקדמיות וחברות פרטיות כמו IQM הפינית.

ישראל: גם ישראל היא שחקנית משמעותית בזירה הקוונטית. במרץ 2023 הכריזה הממשלה על השקעה של כ-200 מיליון שקל בפיתוח תשתית קוונטית לאומית, כולל מחשבים קוונטיים ומחקר יישומי.

בנוסף לגוגל, IBM ומיקרוסופט, יש עוד חברות רבות שהן חלק מהמרוץ על עתיד המחשוב. הנה כמה מהן:

Rigetti Computing - חברה אמריקאית שמפתחת מחשבים קוונטיים נגישים לשימוש מסחרי. D-Wave - חברה קנדית המתמקדת במחשבים קוונטיים אופטימליים לפתרון בעיות לוגיסטיות. Honeywell - פועלת לשילוב מחשוב קוונטי עם מערכות אוטומציה תעשייתית.

 

עדויות על יקומים מקבילים - הודות למחשב

גוגל, שהובילה את ההכרזה על המהפכה הקוונטית ב-2019, הצליחה להראות שהמחשב הקוונטי שלה מסוגל לבצע חישוב מורכב בתוך 200 שניות – משימה שלפי הערכות היתה דורשת ממחשב-על קלאסי עשרות אלפי שנים. כעת, עם השבב החדש Willow, גוגל טוענת כי ביצעה הדמיות שמספקות עדויות לתיאוריות מדעיות מורכבות, כולל כאלה שעשויות להצביע על קיומם של יקומים מקבילים.

מנגד, IBM פועלת לשיפור האמינות של מחשבים קוונטיים עם השבב החדש Condor, שמתעתד להכיל יותר מ-1,000 קיוביטים עד 2025. החברה גם השיקה את Quantum System One - מחשב קוונטי מסחרי שמוצע לארגונים.

שווי הטכנולוגיות הקוונטיות עשוי להגיע לטריליון דולר עד 2040

פיתוח המחשבים הקוונטיים צפוי לחולל מהפכה משמעותית גם בכלכלה הגלובלית, ולשנות את האופן שבו חברות מנהלות את פעילותן - בייחוד בתחומים הדורשים עיבוד מידע מורכב ומהיר. על פי ההערכות, שווי השוק של טכנולוגיות קוונטיות עשוי להגיע לטריליון דולר עד 2040. תעשיות כמו פיננסים, לוגיסטיקה, רפואה ותעשיית החומרים החדשים צפויות להרוויח מהיתרונות העצומים של מחשבים קוונטיים.

בענף הפיננסי, המחשבים הקוונטיים יוכלו לשפר באופן דרמטי את ניתוח הנתונים, ניהול הסיכונים וביצוע אופטימיזציה למסחר בשוק ההון. כך לדוגמה, בנקים וחברות השקעות יוכלו להשתמש במחשבים קוונטיים כדי לבצע סימולציות מורכבות של שוק ההון, לחזות מגמות עתידיות ולבצע החלטות מסחר בזמן אמת במהירות חסרת תקדים. בנוסף, הטכנולוגיה הזו תאפשר ניתוחים מהירים של פורטפוליו השקעות, תמחור של נגזרים פיננסיים וחיזוי של שוקי המניות על בסיס כמויות מידע עצומות, שבמחשבים קלאסיים דורשות חודשים ארוכים.

כמו כן, מחשבים קוונטיים יהוו כלי קריטי בפיתוח של אלגוריתמים חדשים לבינה מלאכותית (AI) - מה שיאפשר לארגונים פיננסיים להציע שירותים מותאמים אישית ברמה גבוהה. כך לדוגמה, מערכות קוונטיות יאפשרו פיתוח של מנועי המלצות מדויקים ללקוחות פרטיים בתחום ההשקעות, ניתוח סיכוני אשראי בצורה מעמיקה וזיהוי הונאות פיננסיות באופן כמעט מידי.

עם זאת, לצד ההזדמנויות הכלכליות, יש גם סיכונים. כך למשל, היכולת של מחשבים קוונטיים לפרוץ הצפנות קיימות עלולה להוביל לחששות כבדים בעולם הפיננסי, כולל מתקפות סייבר על בנקים ומערכות מסחר אלקטרוניות. תעשיית הפיננסים תידרש להשקיע סכומי עתק בפיתוח הצפנה קוונטית חדשה כדי להגן על המידע הרגיש. כבר היום יש ניסיונות לפתח שיטות אבטחה מתקדמות שיתאימו לעידן הקוונטי, אך הדרך עוד ארוכה.

למרות ההתקדמות, מחשבים קוונטיים מתמודדים עם אתגרים טכניים כמו: תיקון שגיאות - קיוביטים רגישים לרעש ולשינויים קטנים בטמפרטורה ובסביבה; יציבות - שמירה על מצב הסופרפוזיציה דורשת מערכות קירור מסובכות לטמפרטורות כמעט מוחלטות; כמות קיוביטים - למרות ההתקדמות, דרושה כמות גדולה מאוד של קיוביטים אמינים כדי להשיג יתרון משמעותי על פני מחשבים קלאסיים.

פיתוח המחשבים הקוונטיים מצוי עדיין בשלביו הראשונים, אך הוא בעל פוטנציאל מהפכני בכל תחומי החיים שלנו: מהאצת גילוי תרופות, ועד שיפור מערכות הגנת הסייבר. לפי הערכות, השוק הקוונטי יגיע לשווי של טריליון דולר עד 2040.

כיום משקיעות המדינות והחברות המובילות משאבים עצומים כדי להפוך את המחשב הקוונטי למציאות מסחרית נגישה. המירוץ נמשך – ומי שיוביל את המהפכה הקוונטית עשוי להכתיב את סדר היום הטכנולוגי של המאה ה-21.  

איך זה ישפיע על החיים שלנו?

הרפואה תקבל דחיפה אדירה. מחשבים קוונטיים יכולים לדמות איך תרופות ישפיעו על גוף האדם ברמה המולקולרית. במקום שנים של ניסויים, תרופות חדשות יפותחו במהירות ודיוק רב יותר.

אבטחת מידע תשתנה מהיסוד. כיום, רוב מערכות ההצפנה מבוססות על חישובים מתמטיים מסובכים שמחשבים רגילים לא יכולים לפצח. מחשב קוונטי יכול לשבור אותם תוך רגע, מה שיחייב אותנו להמציא שיטות חדשות לשמירה על מידע.

החיים בערים חכמות יהיו יעילים יותר. תכנון תנועה, ניהול אנרגיה, ושיפור שירותים ציבוריים - הכל ייעשה חכם ומהיר יותר.

 

ישראל על המפה  

בישראל, התעשייה האווירית והאוניברסיטה העברית השיקו את המחשב הקוונטי הראשון בארץ. זהו הישג טכנולוגי שמציב את ישראל בקדמת הבמה העולמית בתחום. תחשבו על השפעות בתחום הביטחון, פיתוח תרופות, ואפילו שיפור המערכות הפיננסיות.

 

מחשב קוונטי - שאלות ותשובות 

איך מחשב קוונטי עובד לעומת מחשב רגיל? במחשב רגיל, הביטים הם או 0 או 1. במחשב קוונטי, הקיוביטים יכולים להיות גם 0 וגם 1 באותו זמן, מה שמאפשר עיבוד מקבילי של מידע. דמיינו שאתם פותרים תשבץ: מחשב רגיל בודק כל תשובה בתורו, בעוד מחשב קוונטי ממלא את כל התשבץ בבת אחת.

איך זה יעזור לי ביום-יום? לדוגמה, אם אתם טסים לחו"ל, מחשב קוונטי יכול לעזור לחברות התעופה לתכנן טיסות בצורה יעילה יותר. התוצאה? פחות איחורים וכרטיסים זולים יותר.

האם הטכנולוגיה הזו זמינה לכולם? לא כרגע. מחשבים קוונטיים הם עדיין ניסיוניים ומיועדים בעיקר למעבדות ומכוני מחקר. בעתיד, אולי נראה את הטכנולוגיה משתלבת בשירותים יומיומיים, כמו אפליקציות מתקדמות או מערכות חכמות בבית.

מה הסיכונים בשימוש במחשבים קוונטיים? החשש הגדול הוא מאבטחת מידע. אם מחשבים קוונטיים יפצחו הצפנות, נצטרך לפתח שיטות הגנה חדשות לחלוטין. לדוגמה, בנקים ומערכות ממשלתיות יידרשו להתאים את ההגנות שלהם לעידן החדש. איזה תעשיות ירוויחו מזה? תעשיית הפיננסים תוכל לנתח סיכונים ולהשקיע בצורה חכמה יותר. רשתות קמעונאיות ישפרו את ניהול המלאי והלוגיסטיקה שלהן, ותעשיית האנרגיה תמצא דרכים חדשות לייעול השימוש במקורות מתחדשים.

האם יש לזה שימושים אישיים? כרגע לא, אבל בעתיד? ייתכן שתהיה לכם אפליקציה מבוססת קוונטום שתנהל את חיי היום-יום שלכם, מתכנון קניות ועד הצעות למסלולי טיול חכמים.

מה ההישג הכי גדול בתחום? לגוגל יש שבב בשם “ווילו” שמפחית שגיאות בתהליך החישוב. IBM פיתחו מחשב עם מאות קיוביטים, והישראלית קוונטום ארט מתמקדת בטכנולוגיות שמפחיתות רעש בקיוביטים. כמה זמן ייקח עד שזה יהפוך למיינסטרים? מומחים מעריכים שעוד עשור נראה מחשבים קוונטיים משתלבים בתעשיות שונות. לשימוש אישי? כנראה יותר.

איך זה ישפיע על הביטחון? מערכות הגנה יוכלו לזהות איומים ולנטרל אותם בזמן אמת. לדוגמה, ניתוח נתונים מהיר יותר יכול למנוע מתקפות סייבר. האם זה טוב לעסקים קטנים? בטווח הארוך, כן. עסקים יוכלו להשתמש בטכנולוגיה כדי לנתח מידע ולשפר אסטרטגיות. לדוגמה, מסעדות יוכלו לתכנן תפריטים לפי תחזיות ביקוש.

למה ישראל משקיעה בזה? ישראל מבינה שהעתיד טמון בטכנולוגיה הזו. זה קריטי לביטחון, למחקר, ולפיתוח כלכלי. איך אפשר ללמוד על זה? האוניברסיטה העברית מציעה קורסים על מחשוב קוונטי. יש גם קורסים מקוונים למתחילים שחולמים להיכנס לתחום.

האם המחשבים הקוונטיים יחליפו את הרגילים? לא בדיוק. מחשבים קוונטיים ישמשו למשימות ספציפיות מאוד, בעוד המחשבים הרגילים ימשיכו ללוות אותנו ביום-יום. מה עוד מפתחים בתחום? שיטות חדשות להפחתת רעש ושיפור יציבות, תוכנות מתקדמות לעיבוד נתונים קוונטיים, ואפילו יישומים בתחום הבינה המלאכותית.

איך זה ייראה בעוד 50 שנה? המחשבים הקוונטיים יהיו חלק בלתי נפרד מכל תחום בחיינו - מביטחון ועד בידור. תחשבו על עולם שבו הכל יעיל, מהיר וחכם יותר.