הכבלים המעוטרים בלולאה מחברים את השבב בתחתית המבנה למערכת הבקרה שלו.איימי לומברד
אולי שמעתם שקיוביט בסופרפוזיציה הוא שְׁנֵיהֶם 0 ו-1 בו זמנית. זה לא ממש נכון וגם לא ממש שקר. לקיוביט בסופרפוזיציה יש כמה הִסתַבְּרוּת של 1 או 0, אבל זה לא מייצג אף מצב, בדיוק כמו שהרבע שלנו להתהפך באוויר הוא לא ראשים ולא זנבות, אלא הסתברות מסוימת של שניהם. בעולם הפשוט והמושלם של המסביר הזה, מה שחשוב לדעת הוא שהמתמטיקה של סופרפוזיציה מתארת את ההסתברות לגלות 0 או 1 כאשר קיוביט נקרא. פעולת קריאת הערך של קיוביט מורידה אותו מתוך תמהיל של הסתברויות למצב חד וברור, בדומה לרבע שנוחת על השולחן עם צד אחד למעלה באופן סופי. מחשב קוונטי יכול להשתמש באוסף של קיוביטים בסופרפוזיציות כדי לשחק עם נתיבים אפשריים שונים באמצעות חישוב. אם עושים זאת בצורה נכונה, המצביעים לנתיבים שגויים מתבטלים, ומשאירים את התשובה הנכונה כאשר הקיוביטים נקראים כ-0 ו-1.
עבור כמה בעיות שגוזלות זמן רב עבור מחשבים קונבנציונליים, זה מאפשר למחשב קוונטי למצוא פתרון בהרבה פחות שלבים ממה שמחשב קונבנציונלי צריך. האלגוריתם של גרובר, אלגוריתם חיפוש קוונטי מפורסם, יכול למצוא אותך בספר טלפונים של 100 מיליון שמות עם 10,000 פעולות בלבד. אם אלגוריתם חיפוש קלאסי פשוט יעביר את כל הרישומים כדי למצוא אותך, זה ידרוש 50 מיליון פעולות בממוצע. עבור אלגוריתמים קוונטיים של גרובר וכמה אחרים, ככל שהבעיה הראשונית – או ספר הטלפונים – גדולה יותר, כך מחשב קונבנציונלי נותר יותר מאחור באבק הדיגיטלי.
הסיבה שאין לנו היום מחשבים קוונטיים שימושיים היא שהקיוביטים הם קפדניים ביותר. ההשפעות הקוונטיות שעליהן לשלוט הן עדינות מאוד, וחום תועה או רעש יכולים להפוך 0 ו-1 או לחסל סופרפוזיציה מכרעת. יש להגן בקפידה על קוויביטים, ולהפעיל אותם בטמפרטורות קרות מאוד – לפעמים רק שברירי מעלה מעל האפס המוחלט. תחום מחקר עיקרי כרוך בפיתוח אלגוריתמים למחשב קוונטי לתיקון שגיאות משלו, הנגרמות על ידי תקלות בקיוביטים. עד כה, היה קשה ליישם את האלגוריתמים הללו מכיוון שהם דורשים כל כך הרבה מהכוח של המעבד הקוונטי, עד שמעט או שום דבר לא נותר לבעיית בעיות. כמה חוקרים, בעיקר במיקרוסופט, מקווים לעקוף את האתגר הזה על ידי פיתוח סוג של קיוביט מתוך אשכולות אלקטרונים הידועים בשם קיוביט טופולוגי. פיזיקאים חוזים כי קיוביטים טופולוגיים יהיו חזקים יותר לרעש סביבתי ובכך נוטים פחות לשגיאות, אך עד כה הם התקשו ליצור אפילו אחד. לאחר שהכריזו על פריצת דרך בחומרה ב-2018, חוקרי מיקרוסופט חזרו בו מעבודתם בשנת 2021 לאחר שמדענים אחרים חשפו שגיאות ניסוי.
ובכל זאת, חברות הפגינו יכולת מבטיחה עם המכונות המוגבלות שלהן. בשנת 2019, גוגל השתמשה מחשב קוונטי של 53 קיוביטים ליצור מספרים שעוקבים אחר דפוס מתמטי מסוים מהר יותר ממה שמחשב-על יכול. ההפגנה התחילה סדרה של ניסויים שנקראים "יתרון קוונטי", שראו קבוצה אקדמית בסין מכריזים על שלהם הפגנה משלו ב-2020 והסטארט-אפ הקנדי Xanadu מכריזים על שלהם בשנת 2022. (למרות שידועים זמן רב כניסויים "עליונות קוונטית", חוקרים רבים בחרו לשנות את השם כדי להימנע מהדהוד של "עליונות לבנה".) חוקרים קראו תיגר על כל תביעה ליתרון קוונטי על ידי פיתוח אלגוריתמים קלאסיים טובים יותר המאפשרים למחשבים קונבנציונליים לעבוד על בעיות מהר יותר, במרוץ שמניע קדימה גם את המחשוב הקוונטי וגם הקלאסי.
בינתיים, החוקרים עשו זאת מדומה בהצלחה מולקולות קטנות באמצעות כמה קיוביטים. הדמיות אלו עדיין אינן עושות שום דבר מעבר להישג ידם של מחשבים קלאסיים, אך ייתכן שאם היו מגדילים אותן, עשויות לסייע בגילוי כימיקלים וחומרים חדשים. אף על פי שאף אחת מההדגמות הללו לא מציעה עדיין ערך מסחרי באופן ישיר, הן חיזקו את הביטחון וההשקעה במחשוב קוונטי. לאחר שגרמו למדעני מחשבים במשך 30 שנה, מחשוב קוונטי מעשי אולי לא בדיוק קרוב, אבל הוא התחיל להרגיש הרבה יותר קרוב.
מה צופן העתיד עבור מחשוב קוונטי
מועדים לטעויות אך טובים יותר ממחשבי-על במשימה שנבחרה בדובדבן, מחשבים קוונטיים נכנסו לגיל ההתבגרות שלהם. לא ברור כמה זמן יימשך השלב המביך הזה, וכמו ההתבגרות האנושית זה יכול לפעמים להרגיש כאילו הוא יימשך לנצח. חוקרים בתחום מתארים בגדול את הטכנולוגיה של ימינו כמחשבי קוונטיים רועשים בקנה מידה בינוני, שמכניסים את התחום לעידן ה-NISQ (אם אתם רוצים להיות פופולריים במסיבות, דעו שמבטאים את זה "nisk"). מחשבים קוונטיים קיימים קטנים מדי ולא אמינים מכדי לבצע את אלגוריתמי החלומות של התחום, כמו האלגוריתם של שור לפירוק מספרים.
נותרה השאלה אם חוקרים יכולים לסכסך את מכונות ה-NISQ המתבגרות שלהם לעשות משהו מועיל. צוותים במגזר הציבורי והפרטי מהמרים, כך שגוגל, יבמ, אינטל ומיקרוסופט הרחיבו כולן את הצוותים שלהן העובדים על הטכנולוגיה, עם נחיל הולך וגדל של סטארט-אפים כמו Xanadu ו-QuEra במרדף חם. לארה"ב, לסין ולאיחוד האירופי יש תוכניות חדשות הנמדדות במיליארדי דולרים כדי לעורר מו"פ קוונטי. כמה סטארט-אפים, כמו ריגטי ו-IonQ, אפילו החלו להיסחר בפומבי בבורסה על ידי מיזוג עם א מה שנקרא חברת רכישה למטרות מיוחדות, או SPAC – טריק להשיג במהירות גישה למזומן. לערכים שלהם יש מאז צנחבמקרים מסוימים בהרבה יותר מאשר תיקון המגיפה שנראה באופן רחב יותר בחברות טכנולוגיה. לא כל כך ברור מה יהיו האפליקציות הרוצחות הראשונות של מחשוב קוונטי, או מתי הן יופיעו. אבל יש תחושה שכל חברה שתהיה ראשונה להפוך את המכונות הללו לשימושיות תזכה ליתרונות כלכליים וביטחון לאומי גדולים.
קישור לכתבת המקור – 2023-02-22 17:00:00
