הסבר: מהי עליונות קוונטית?
עליונות קוונטית היא אבן דרך שחיפשו מזה זמן רב בתחום המחשוב, וכעת הודיעה גוגל שהגיעה אליה. מבט על המדע מאחורי הרעיון, ומה באמת הושג וכמה נשאר.
רכיב של המחשב הקוונטי של גוגל במעבדת סנטה ברברה, קליפורניה, ארה'ב. (צילום דרך רויטרס) השבוע הודיעה גוגל כי השיגה פריצת דרך בשם עליונות קוונטית בתחום המחשוב. מה זה אומר ולמה זה חשוב?
אז מהי עליונות קוונטית?
זהו מונח שהוצע בשנת 2012 על ידי ג'ון פרסקיל, פרופסור לפיזיקה תיאורטית במכון הטכנולוגי של קליפורניה. הוא מתאר את הנקודה שבה מחשבים קוונטיים יכולים לעשות דברים שמחשבים קלאסיים לא יכולים. במקרה של גוגל, חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה טענו שפיתחו מעבד שלקח 200 שניות לבצע חישוב שהיה לוקח למחשב קלאסי 10,000 שנים.
אבל מהו מחשב קוונטי?
המחשבים המסורתיים שלנו עובדים על בסיס חוקי הפיזיקה הקלאסית, במיוחד על ידי ניצול זרימת החשמל. מחשב קוונטי, לעומת זאת, מבקש לנצל את החוקים השולטים בהתנהגותם של אטומים וחלקיקים תת-אטומיים. בקנה מידה זעיר זה, חוקים רבים של הפיזיקה הקלאסית מפסיקים לחול, והחוקים הייחודיים של הפיזיקה הקוונטית נכנסים לתמונה.
פיתוח מחשב כזה היה יעד של מדענים במשך כמעט ארבעה עשורים. בשנת 1981, הפיזיקאי ריצ'רד פיינמן כתב: הניסיון למצוא הדמיית פיזיקה ממוחשבת נראה לי כתוכנית מצוינת לביצוע... הטבע הוא לא קלאסי... ואם אתה רוצה לעשות סימולציה של הטבע, עדיף לך הפוך את זה למכני קוונטים, ולפי Golly זו בעיה נפלאה, כי זה לא נראה כל כך קל.
מה יעשה סימולציה כזו?
זה קשור למהירות עיבוד. הבה נבחן כיצד מחשב קלאסי מעבד מידע. סיביות מידע מאוחסנות כ-0 או 1. כל מחרוזת של ספרות כאלה (מחרוזות סיביות) מייצגת תו או הוראה ייחודיים; לדוגמה, 01100001 מייצג את האות הקטנה א.
במחשב קוונטי, מידע מאוחסן בסיביות קוונטיות, או קיוביטים. וקיוביט יכול להיות גם 0 וגם 1 בו-זמנית. פיזיקה קוונטית כוללת מושגים שאפילו פיזיקאים מתארים כמוזרים. בניגוד לפיזיקה הקלאסית, שבה עצם יכול להתקיים במקום אחד בו-זמנית, פיזיקת הקוונטים בוחנת את ההסתברויות של עצם להיות בנקודות שונות. קיום במצבים מרובים נקרא סופרפוזיציה, והיחסים בין מצבים אלה נקראים הסתבכות.
ככל שמספר הקיוביטים גבוה יותר, כך כמות המידע המאוחסנת בהם גבוהה יותר. בהשוואה למידע המאוחסן באותו מספר ביטים, המידע בקיוביטים עולה באופן אקספוננציאלי. זה מה שהופך מחשב קוונטי לכל כך חזק. ועדיין, כפי שכתב Preskill של Caltech ב-2012, בניית חומרה קוונטית אמינה היא מאתגרת בגלל הקושי לשלוט במערכות קוונטיות בצורה מדויקת.
סונדאר פיצ'אי עם אחד מהמחשבים הקוונטים של גוגל במעבדת סנטה ברברה, קליפורניה, ארה'ב. (צילום דרך רויטרס) האם זה מה שגוגל השיגה?
החוקרים הדגימו למה מחשב קוונטי מסוגל. הם בנו ארכיטקטורה של 54 קיוביטים עם Sycamore, המחשב הקוונטי של גוגל. בעוד שאחד מאלה לא פעל, 53 הקיוביטים האחרים הסתבכו למצב סופרפוזיציה.
הצוות הרכיב רצף אקראי של כ-1,000 פעולות. בכל פעם שהם הריצו את האלגוריתם האקראי הזה, המחשב הקוונטי היה מייצר מחרוזת סיביות.
כעת, יש סבירות גבוהה יותר להתרחש מחרוזות סיביות מאחרות, וניתן לזהות אילו מהן סבירות יותר. עם זאת, ככל שהמעגל הקוונטי האקראי מורכב יותר, כך קשה יותר עבור מחשב קלאסי לזהות את מיתרי הסיביות הסבירים יותר - והקושי גדל באופן אקספוננציאלי. העליונות הושגה כשהם הדגימו שלמעבד הקוונטי לקח רק 200 שניות לחשב אלגוריתם אקראי סופר מורכב, בעוד שמחשב העל המהיר ביותר היה לוקח 10,000 שנים, אמרה גוגל באימייל.
קרא גם | עליונות קוונטית במחשוב: מבחן נעשה, שימוש בעולם האמיתי רחוק
אז מה זה עוזר?
אין, בכל הנוגע ליישומים מעשיים. המשימה שבוצעה אינה חשובה במיוחד עבור אבן הדרך הזו; זה הרבה יותר על העובדה שאבן הדרך התרחשה מלכתחילה, נאמר באימייל מגוגל. זה ציטט את האחים רייט כאנלוגיה: כדי שהם יוכיחו שתעופה אפשרית, זה לא כל כך משנה לאן מועד המטוס, לאן הוא המריא ונחת, אלא שהוא מסוגל לטוס בכלל.
כולם השתכנעו?
IBM ערערה על קביעתה של גוגל לפיה חישוב קוונטי שלה לא יכול להתבצע על ידי מחשב מסורתי. בפוסט בבלוג, IBM טענה שהחישוב המתואר על ידי החוקרים של גוגל יכול להיות מושג על ידי מחשב קיים בתוך פחות מיומיים וחצי, ולא 10,000 שנים.
אגב, יבמ עצמה טענה לפריצת דרך בחישוב קוונטי ביום חמישי. החוקרים שלה עשו פריצת דרך בשליטה בהתנהגות הקוונטית של אטומים בודדים, והדגימו אבן בניין חדשה ורסטילית לחישוב קוונטי, כך מסרה יבמ באתר האינטרנט שלה. המאמר מתפרסם בכתב העת Science. המחקר של גוגל מופיע ב-Nature.
אל תפספסו מ-Explained | דושיאנט צ'אוטלה: זקן מעבר לגילו, ה'בודהא' בן ה-31 הזה מתחבר לכולם
מה הלאה?
המדענים מחפשים לשפר את עבודתם, כולל איתור ותיקון שגיאות. אוניברסיטת קליפורניה, סנטה ברברה ציינה שהמחקר כבר השיג כלי אמיתי מאוד להפקת מספרים אקראיים. מספרים אקראיים יכולים להיות שימושיים במגוון תחומים - כולל הגנה על מפתחות מוצפנים לפענוח, מה שעלול להיות בעיה קוצנית עבור ממשלות.
מחשבים קוונטיים יכולים יום אחד להביא להתקדמות עצומה במחקר מדעי ובטכנולוגיה. בין התחומים שעומדים להרוויח הם בינה מלאכותית וטיפולים תרופתיים חדשים. עם זאת, כל זה רחוק.
שתף עם החברים שלך:
