מה זה קוונטום ולמה אנחנו צריכים אותו?

מה זה קוונטום ולמה אנחנו צריכים אותו?

This post is also available in: enEnglish (אנגלית)

נראה כי מחשבים קונבנציונליים היום מתקרבים אל קצה יכולתם. מחשבים קוונטיים, המבוססים על התנהגות של תופעות קוונטיות, סומנו על ידי המעצמות הגדולות בעולם כבעלי הפוטנציאל להחליף את המחשוב הקונבנציונלי.

טכנולוגיית מחשוב קוונטית נמצאת עדיין בשלביה הראשוניים, לכן מה שהקהילה המדעית והטכנולוגית היום יכולה לספק הן תקוות ליכולת חסרת תקדים בפתרון בעיות בזמן קצר.

כיום אלו בעיקר תקוות. למרות הישגים משמעותיים בצד התיאורטי, מדענים עדיין לא הצליחו להגיע ליציבות בצד המעשי.

מהו מחשב קוונטי?

מחשבים קוונטיים לא שונים לגמרי ממחשבים רגילים. מחשב רגיל מעבד מידע דרך יחידות הנקראות ביטים. ביט יכול לייצג שני מצבים אפשריים – 0 או 1 – המתכתבים עם היות השער הלוגי – חלק בשבב המחשב – פתוח או סגור.

באופן דומה, גם מחשב קוונטי משתמש בביטים, אבל מסוג שונה: אלו נקראים קיוביטים (qubits), בגלל שהם יכולים לייצג גם 0 וגם 1 באותו הזמן. ההבדל בין ביט לקיוביט בא לידי ביטוי בכוח מחשוב מוגבר. היכולת הזו מתבססת על אחת מתוך שתי תופעות קוונטיות משמעותיות, הנקראת סופרפוזיציה (superposition).

תופעה קוונטית נוספת נקראת שזירה (entanglement). בהנדוס של מחשבים רגילים מוקדש מאמץ רב בלהפריד כל ביט מאלו שלידו. במחשב קוונטי, כל קיוביט משפיע על אלו שלידו על מנת למצוא את הפתרון לבעייה חישובית.

גם שזירה וגם סופרפוזיציה קוונטית אמורות לאפשר למחשב החדש לעבד כמויות אדירות של מידע בזמן קצר משמעותית ביחס למחשבים קונבנציונליים, לפי bloomberg.com.

למה אנחנו צריכים מחשב קוונטי?

שימוש אחד של בכוח החישובי של מחשב קוונטי יכול להוביל להצפנה ואבטחת סייבר. בנוסף, יתכן שבעתיד הלא רחוק לא נוכל להפיק מספיק אנרגיה בשביל לעבד את כמות המידע הגובר, בעייה שמחשב קוונטי יכול לפתור.

תופעות קוונטיות יכולות לעזור לפתח טכנולוגיות אבטחת מידע מתקדמות. בשביל לאבטח התקשרויות מסכנת יירוט והאזנה, מחשוב קוונטי יוכל להגן על מידע על ידי הריסתו בזמן תקיפה. באופן זה, ניסיונות תקיפה לא יאפשרו לעשות שימוש במידע ובאותו זמן יתריעו את הנמען.

פוטנציאלית, מערכת הגנה כזאת תהיה בלתי ניתנת לפיצוח, לא משנה כמה מתקדם המחשב המנסה לפרוץ אותה יהיה.

שימוש נוסף ביכולת המחשוב הקוונטיות יכולה להיות בעיצוב ותכנון של מודלים כלכליים מתוחכמים. הפוטנציאל החישובי יקח הרבה יותר גורמים בחשבון בשביל לייצר תחזיות הרבה יותר מדויקות.

מחשבים קוונטיים יוכלו לפשט בעיות מסובכות הקשורות באופטימיזציה של עיבוד וניתוח מידע לגורמים בודדים. למרות מהפכת ה-Big Data של המאה ה-21, שאיפשרה אחסון של כמויות מידע חסרות תקדים בהיסטוריה, קצב הגדילה של כמות המידע שיש לעבד ולנתח מתקדם בקצב מהיר מדי ביחס ליכולות המחשוב הקיימות היום.        

לטכנולוגיית הקוונטים השפעה משמעותית גם על מרוץ החימוש הגלובלי היום, בעיקר בין ארה"ב לסין. שתי המעצמות משקיעות מיליארדי דולרים במחקר קוונטי בחלק ממירוץ שיכול להטות את הכף בכל הנוגע לעליונות צבאית בעולם.

מחקר קוונטים יכול לשנות את אופן הלחימה המודרני על ידי קידום טכנולוגיות חמקנות וזיהוי. סין מפתחת אבטיפוס של מכ"ם המשתמש בטכנולוגיית מחשוב קוונטי על מנת לזהות מטוס חמקן בטיסה. מהצד השני, אותה טכנולוגיה יכולה לאפשר לכלי טיס וצוללות להימנע מאיתור.