העתיד כבר פה: האם אנו על סף מהפכת המחשב הקוונטי?

בעוד שנים ספורות, אם הכל ילך כשורה, יחליף המחשב הקוונטי את המחשב הקלאסי בו אנחנו משתמשים, והמהפכה תצא לדרך. ניסויים כימיים, בינה מלאכותית, הצפנה וכל מה שמצפה לנו בעתיד הלא רחוק. טכנולוגי

א א א

בראשית ברא אלן מ. טיורינג את המחשב בקיימברידג' ב-1936 (מה שאנחנו מכנים היום מחשב, עד אז המילה הייתה שמורה לבני-אדם היושבים בחדר ומבצעים חישובים) ומאז הוא לא השתנה הרבה במהותו, כלומר בדרך בה הוא מחשב. פרסומים רבים בשנה האחרונה בספרות המדעית והפופולרית, יחד עם השקעות עצומות של חברות הטכנולוגיה הגדולות וממשלות, מרמזים שזה עומד להשתנות בקרוב – בעזרת מה שאנחנו קוראים לו היום "מחשב קוונטי".

מדעני גוגל פרסמו במגזין ניי'צר כי הם קרובים מאד לכך. IBM הודיעו מצידם כי הם עתידים בקרוב להציע מחשב כזה לשימוש מסחרי. מייקרוסופט מצידה דווחה על מחשב כזה (המתבסס על טכנולוגיה שונה מהן) שבפיתוח. יש סיבות רבות להשקעה העצומה בתחום, שעד לפני כמה שנים היה מדע בדיוני, ולמירוץ החימוש המתפתח. הסיבה החשובה ביותר היא הפוטנציאל העצום של מחשבים מהסוג הזה, שבתחומים רבים עשויים להפוך חברה שלא תוכל להשתמש באפשרויות שהם מציעים לחברה פרה-היסטורית בבת אחת, זאת משום שכל החברות הגדולות תלויות קודם כל ביכולת החישוב שלהן – ורק אחר כך במה שהן מציעות.

> סוד הקסם האפל של פוקימון גו

המחשב הקוונטי

המחשב הקוונטי

שנית, עולם המחשוב לא יוכל להגדיל בכל שנה את כוח המחשוב: הוא בדרך לגבול האפשרי לחישוב מהסוג הקלאסי, וללא רעיון חדש העלייה הזאת תיעצר. באותו העניין, ההערכות מדברות על כך שתוך עשרים שנה לא נוכל לספק חשמל לצורכי חוות החישוב והשרתים הענקיות שהחברות הטכנולוגיות הגדולות צריכות, בפרט כשצרכים אלו גדלים בשנים האחרונות משום שהן מתמודדות עם בעיות עצומות של בינה מלאכותית. מחשב קוונטי הוא פתרון לשני הגבולות הללו.

אז כמה קרובה המהפכה בדיוק? אנחנו לא יודעים, אבל בקרוב, ולשארית חיינו, לכן כדאי להתחיל להבין מה זה אומר בדיוק – ועל כך בפסקאות הבאות. בשביל להסביר בדיוק מה עומד להשתנות, נדרשים כמה הסברים פשוטים על מה זה בעצם מחשב ואיך הוא עובד.

ההסבר מיועד רק למי שמתעניין בצד התאורטי. מי שרוצה יכול לקפץ לקטע האחרון – שם ארחיב על האפשרויות בעתיד.

מה ניתן לחשב ומה לא

חזרה ל-1936. טיורינג בכלל לא ניסה לבנות מחשב, המטרה של המאמר שלו הייתה להראות שיש דברים שלא ניתן לחשב, אך בשביל זה הוא היה צריך קודם להסביר איך מחשבים, ולצורך כך הוא המציא את המכונה שלו, הקרויה היום "מחשב", ועל הדרך אף יצר אותו (והציל כמה מיליוני בני-אדם, אבל זה סיפור לפעם אחרת).

הייחוד של המכונה שלו לעומת שקדם לה, היא היכולת שלה לחשב את כל מה שניתן לחשב, ולכן הוא קרא לה "אוניברסלית". ללא זה, דמיינו שהיינו צריכים מכונה אחת כדי לשלוח דואר, מכשיר אחר בשביל הודעות ווטסאפ, ושלישי כדי לקרוא את הפוסט הזה. לא מאד ישים.

המכונה שהגה טיורינג הייתה מאד פשוטה, בבסיסה היא השתמשה בזיכרון שכל תא בו מכיל 0 או 1, מה שנקרא ביט, ומערכת החלטות שבוחרת מה לעשות בכל סיבוב חישוב. טיורינג טען שכל מה שניתן לחשב, ניתן לעשות במכונה שלו. התאוריה הזו נקראת היום "תזת צ'רץ'- טיורינג", ואנחנו עדיין מאמינים שהיא נכונה.

> הפתעה: משחקי וידאו קשורים לציונים טובים יותר בבית ספר

ככל שהתזה הזאת התבררה כנכונה, נהגתה תזה אחרת, חזקה יותר, שאומרת שכל מה שניתן לחשב בזמן מסוים במכונה כלשהי, ניתן לחשב בעזרת המכונה הפשוטה של טיורינג בערך באותו זמן חישוב. עד היום גם זה התברר כנכון. למעשה האנושות מעט אכזבה את טיורינג שהאמין שבימינו העולם יראה כמו בסדרת הטלוויזיה "ווסטוורלד", אבל הוא התרגל לאכזבות מהאנושות כבר בחייו, ובטח הוא לא היה מופתע לשמוע שזה עדיין לא קרה (על השאלה האם זה עומד לקרות בקרוב, והמהלך ה-37 של אלפא גו – בפעם הבאה). אך זה עומד להשתנות.

כאן בדיוק נכנס המחשב הקוונטי. בשנים הקרובות אנו צפויים להגיע לנקודה שנקראת "עליונות קוונטית" – הרגע בו מחשבים קוונטים יפתרו בעיה שאיננה ניתנת לפתרון במחשב קלאסי בזמן סביר: כלומר, גם אם נחבר את כל המחשבים בעולם, וניתן להם לעבוד מספר שנים כמספר הכוכבים ביקום הנראה נניח, הם לא יצליחו.

החתול של שרדניגר כלוא בתוך במכונת טיורינג

אז איך זה קורה בדיוק? בלי להיכנס לפרטים טכניים מדי, אבן הבסיס של של מחשב קוונטי הוא קיוביט, לעומת ביט רגיל שיכול להיות 0 או 1, קיוביט יכול להיות 0 וגם 1 (בהסתברות מסוימת במצב שנקרא במכניקת הקוונטים סופרפוזיציה). חשוב להבין כי בניגוד למשפט המפורסם של אלברט איינשטיין על כך ש"אלוהים לא משחק בקוביות", לא מדובר כאן רק באירועים שיכולים לקרות בצורה אקראית, אלא ששניהם קורים בו זמנית. המציאות מתרחשת כאשר אנחנו מסתכלים עליה, ואפשרויות קורסות לאפשרות אחת.

נהוג להסביר את התופעה בעזרת הדוגמה המפורסמת של החתול של שרדינגר, ניסוי תאורטי בו חתול נמצא בקופסה אטומה יחד עם רעל, וכל עוד לא פתחנו את הקופסה הוא גם חי וגם מת. מוזר, אבל נכון, ויש דברים מוזרים יותר במציאות.

בכל אופן – חישוב, למשל, על עשרה ביטים במחשב רגיל הופך לחישוב שעקרונית עובד על שתיים בחזקת עשר אפשרויות – או 1024, כאשר לכל אחת מהאפשרויות הללו יש אפשרות מסויימת להתקבל, ואנחנו צריכים לדאוג לכך שזו הנכונה תהיה בעלת ההסתברות הגדולה ביותר, והאפשרויות הלא נכונות יבטלו אחת את השנייה. כאשר מבצעים חישוב כזה על 100 קיוביטים, למשל, אנחנו מגיעים כבר למספרים שמחשב קלאסי לא יכול לעבוד עליהם.

> מחקרים חדשים: רוצים ילד הייטק? שחקו איתו בקוביות

הרעיון הבסיסי הזה ידוע כבר מתחילת שנות ה-80, ונהגה בין השאר על ידי הפיסיקאי המפורסם ריצ'רד פיינמן שקיווה כך להציע מודל חישובי שיכול להתמודד עם בעיות פיסיקליות, דבר שבלתי אפשרי היום. זו הסיבה לכך שנשפכים מיליארדים על מאיצי חלקיקים ודברים דומים, למרות שעקרונית היינו יכולים לבצע את כל הניסוי במחשב. זו בעצם הצעה מתבקשת: אם הטבע הוא קוונטי, כדי "לחשב" אותו אנחנו צריכים מכונה קוונטית משלנו.

ההצעה לא קיבלה התייחסות רבה בעולם מדעי המחשב עד שנת 1994, אז הגיע פיטר שור והראה שבעזרת מחשב כמו זה שפיינמן דיבר עליו, אפשר יהיה לפרק מספר שלם לגורמים הראשוניים שלו. זה אולי לא נראה מאד מרשים, אבל זה למשל אומר שכמעט כל ההצפנות היום יפרצו בעזרת מחשב קוונטי בשניות. במילים אחרות, אם אתם מתכננים להשתתף בקנוניה לביצוע רצח, לא מומלץ להצפין את ההודעות שלכם בשיטות הרגילות, מכיוון שעל רצח אין התיישנות – ותוך מספר שנים ניתן יהיה לפענח את ההודעות. בכל מקרה, גילוי זה נתן תנופה גדולה לענף.

(הערה אולטרה-טכנית למי שלא התעייף עדיין: בניגוד לדעה הרווחת בקרב עשרה אנשים בערך בעולם, המשמעות של הכתוב לעיל היא לא שמחשב קוונטי יכול לבדוק מספר אקספוננציאלי של אפשרויות. למעשה סביר להניח שמחשב כזה לא יכול אפילו לפתור בעיות שנקראות במדעי מחשב שלמות ב-NP).

מה שווה מחשב קוונטי אם אי אפשר לשלוט בו?

למרות שהרעיון פשוט יחסית, לא הצלחנו לעשות הרבה מאז נהגה. ב-2001 הצליח מחשב כזה לפרק את המספר 21 לגורמים, מה ששקול ליכולותיו של ילד בכיתה א' בערך. בשנה שעברה גוגל חגגה כאשר הצליחה להשתמש במחשב עם תשע קיוביטים, ו-IBM טוענת כי בקרוב תציע לשימוש מסחרי מחשב שיכול לעשות שימוש ב-20 קיוביטים.

הקשיים עצומים. אותם קיובטים הם אובייקטים בעלי הפרעת קשב קיצונית. תזוזה של אטום בסביבתם עלולה לגרום להם לאבד את המצב של הסופרפוזיציה, לקרוס לאחת מהאפשרויות ובעצם לחזור לחישוב קלאסי. או בדומה לחתול של שרדניגר – כאשר מסתכלים, מגלים אם הוא חי או מת, בחישוב במכונה כזו שתי האפשרויות רעות. האתגר לחשב מבלי להסתכל על מה אנחנו מחשבים תוך כדי החישוב, לא פשוט. החישובים צריכים להסתיים מהר מאד, וככל שמעורבים יותר קיוביטים הם נוטים יותר לקרוס.

בשביל לפרק מספר בגודל 1000 ביטים, מהסוג בהם משתמשים היום להצפנה, אנו צריכים מכונה שתוכל לעשות שימוש ב-10 מיליון קיוביטים, והיום אנחנו נמצאים בערך ב-20. חברת D-Wave מוכרת כיום מחשב שלטענתה משתמש ב-1000 קיוביטים ונרכש על ידי גוגל, נאס"א ולוקהיד מרטין, אך הוא מוגבל רק לפתרון סוג מסוים של בעיות, והדעות לגבי היכולות הקוונטיות שלו חלוקות.

הערכות מדברות על בערך חמש שנים עד שנוכל להראות דוגמה לא מעניינת של עליונות קוונטית, ועשר שנים עד שמחשב כזה יוכל לפתור בעיות כלליות. אך קשה להגיד בוודאות.

למה זה טוב? (מי שקפץ על ההסבר התאורטי יכול להמשיך כאן)

למרות הקשיים העצומים, מושקעים ביצירת המכונה מיליארדים רבים על ידי כל החברות הגדולות, ונראה שגם על ידי ה-NSA, מסיבות מובנות, זאת בגלל הפוטנציאל העצום של המכונות הללו. להעריך את התרומה שלו ממבטנו אנו דומה לניסיון כזה לגבי מחשבים קלאסיים בשנות ה-40, אז מנכ"ל IBM תומאס ווטסון העריך כי חמישה מחשבים יספקו את כל צרכי החישוב שהעולם יצטרך אי פעם. אך נציע בכל זאת כמה דברים.

סימולציות כימיות – דמיינו מציאות בה לא צריך לבצע יותר ניסויים. אנחנו מכירים את החוקים השולטים באינטגרציות בין המולקולות ובין האטומים המרכיבים אותן, ואם נוכל לבצע את החישובים הללו במחשב, נוכל בעצם לייתר את הניסויים שמבוצעים היום – שהם בעצם סוג של "ניסוי וטעייה" כמו סומים באפלה.

כאשר נוכל לעשות זאת נוכל לפתח תרופות וחומרים חדשים במהירות עצומה, אפילו בקוד פתוח, ולהבין מה בדיוק אנחנו עושים ומה צריך לשנות בכדי לקבל את התוצאה אותה אנו רוצים. קשה להעריך בדיוק את המשמעות של הדבר הזה, אך היא ללא ספק עצומה, גם מבחינת עלויות המחקר וגם מבחינת היכולת התאורטית לבצע אותו.

אינטליגנציה מלאכותית  – בשנים האחרונות חלה התקדמות עצומה בתחום. אם ב-1996 Deep Blue ניצח את קספרוב בשח-מט, ואח"כ ווטסון של IBM ניצח בחידון ג'פרדי, הרי שאלו היו מחשבים "טיפשים". עיקר החישוב שלהם התבצע על Brute-Force – כלומר, הם מסוגלים לחשב דברים הרבה יותר מבני-אדם, אך אם הם היו נדרשים ללמוד לקשור נעליים, הם לא היו מצליחים לעולם.

בשנים האחרונות זה השתנה. השנה ניצח Deep Mind את אלוף העולם במשחק גו, דבר שעל פי ההערכות היה צריך לקרות רק בעוד שנים רבות. אך מה שמרגש עוד יותר בכך היא העובדה שכאן אנחנו כבר מדברים על מכונה ש"למדה" בעצמה לשחק את המשחק, לכן מסוגלת ללמוד דברים אחרים. היום למשל אותן טכנולוגיות נכנסות לחיפוש של גוגל, להבנת טקסט ותרגום, לצמצום שימוש באנרגיה, להבנת תמונות, לתעדוף חברות מטוסים וכמעט לכל תחום. רובה ככולה של המהפכה הזו נובעת מעלייה בכלי החישוב. הבעיה העיקרית שאתה מתמודדים אותם "מחשבים לומדים" היא מציאת פתרונות מיטביים לבעיות חיפוש, ובכך מחשבים קוונטים מצטיינים.

הצפנה – כמו שנכתב כבר, מכונות קוונטיות יהיו מסוגלות לפצח את רוב סוגי ההצפנות הנהוגות היום בעולם. אך אל דאגה, ישנן כבר שיטות הצפנה שעמידות גם לחישוב קוונטי, וחלק מהמערכות עוברות לשם, כך שגם בעוד מספר שנים לא ניתן יהיה לפענח את מה שהוצפן היום. מצד שני, חישוב קוונטי מציע דרכים לתקשורת בטוחה עוד יותר, שחסינה לחלוטין מציתות.

אך כמו ההמצאה של המחשב הקלאסי, קשה מאד להעריך לאן עתיד המחשב הקוונטי יוביל אותנו. בינתיים, זה מרגש להביט מהצד.

> זוכי פרס טיורינג, וכיצד ה-NSA מצליח לפרוץ לרשתות מאובטחות

א א א
ועוד הערה לסיום:

הפוסט שקראת עכשיו לא במקרה נמצא פה, בשיחה מקומית. צוות האתר משקיע יום-יום המון מחשבה ועבודה קשה כדי להביא לקוראים שלנו מידע שלא נמצא במקומות אחרים, לפרסם תחקירים ייחודיים, להגיב מהר לאירועים חדשותיים מתגלגלים, ולתת במה לקולות מושתקים בחברה ולפועלות ולפעילים למען שלום, שוויון וצדק חברתי.

כבמה שעושה עיתונות עצמאית אנחנו לא נמצאים בכיס של אף בעל הון, ולא של השלטון. הרבה מהכתיבה באתר נעשה בהתנדבות מלאה. ועדיין, העבודה שלנו עולה כסף. זה זמן עריכה, וזה צילום, תרגום, שירותי מחשוב, ייעוץ משפטי ועוד.

אם כל אחת ואחד ממאות אלפי הקוראים שמגיעים לשיחה מקומית כל שנה יתרום ולו תרומה קטנה – נוכל לעמוד על הרגליים באופן עצמאי לגמרי. אם כל אחד יתמוך בנו בתרומה חודשית צנועה – נוכל לצמוח ולהרחיב את הפעילות שלנו פי כמה.

הצטרפו להצלחה שלנו בשיחה מקומית
תרמו לחיזוק העיתונות העצמאית של שיחה מקומית

לחצו כאן
שוטרים פלסטינים מתעמתים עם מפגינים שמבקשים להגיע אל מול ביתו של הנשיא אבו מאזן ברמאללה. אוגוסט 2013 (עיסאם רמאווי / פלאש 90)

שוטרים פלסטינים מתעמתים עם מפגינים שמבקשים להגיע אל מול ביתו של הנשיא אבו מאזן ברמאללה. אוגוסט 2013 (עיסאם רמאווי / פלאש 90)

ארגון זכויות אדם: לחקור את חמאס והרשות בשל שימוש בעינויים

דו"ח חדש של ארגון Human Rights Watch מתעד עשרות מקרים בהם עשו מנגנוני הבטחון של חמאס ושל הרשות הפלסטינית שימוש במעצרים שרירותיים, התעללות ועינויים נגד מתנגדים פוליטיים

X

אהבת את הכתבה הזאת?

כדי לעשות עיתונות עצמאית שיחה מקומית צריכה גם את התמיכה שלך. לחץ/י כאן כדי להיות חלק מההצלחה שלנו
שיחה מקומית תלויה בך. תרמו עכשיו
תרמו עכשיו
silencej89sjf