כולם מדברים על מחשוב קוונטי וכיצד הוא ישנה את העולם, אך רוב האנשים אינם מבינים על מה באמת מדובר, מדוע אנו זקוקים לו, האם אנו יכולים להשתמש בטכנולוגיה היום ומדוע בכלל זה משנה.
מחשוב קוונטי המתבסס על חוקי הטבע ופיזיקת הקוונטים עובד באופן שונה מהמחשבים הקלאסיים המוכרים בהם אנו משתמשים כיום. מחשבים קלאסיים עובדים באמצעות תרגום ביטים, יחידות של 1 ו-0 להוראות בשפת מחשב. ניתן להשוות זאת להטלת מטבע שיש בה תמיד שתי אפשרויות: עץ או פלי. לעומת זאת, במחשוב קוונטי אין רק שני מצבים, 0 או 1, אלא צירופים רבים אחרים. ניתן להשוות זאת למצב שבו מטילים מטבע ובוחנים את מצבו בעוד הוא מסתובב.
מחשב קלאסי מחשב ביטים של 0 ו-1; לעומת זאת מחשב קוונטי משתמש בקיוביטים, שאינם בינאריים, אלא יש להם שלושה מימדים: X, Y ו-Z - בדומה למטבע המסתובב שתיארנו קודם. וכמו החתול של שרדינגר1, ברגע שבודקים את מצבו הוא כבר אינו משתנה יותר אלא מתקבע על 0 או 1.
טכנולוגיה שונה לחלוטין
המחשב קוונטי הוא לפיכך לא רק גרסה חזקה יותר של המחשוב הקלאסי, אלא טכנולוגיה שונה לחלוטין, ועקב ריבוי הצירופים, ניתן להשתמש בו כדי לחשב בעיות מורכבות הרבה יותר. מחשבים קוונטיים יכולים לסייע לנו לפתור בעיות קשות מאוד במדע או בעסקים, בבריאות, בפיננסים, באבטחה ובחקר חומרים חדשים. למשל, אפשר להשתמש במחשב קוונטי כדי למדל ולדמות תהליכים פיזיקליים מורכבים.
מידול קשרים כימיים היא דוגמה טובה לבעיה מורכבת אותה אנו מנסים לפתור בעזרת מחשבים קוונטיים. לדוגמה, כיום אי אפשר להשתמש במחשבים קלאסיים על מנת לייצג או למדל במדוייק מולקולת קפאין פשוטה CH10N4O2, משום שהמרחק והקשרים בין האטומים שבמולקולות אינם ניתנים לחישוב נאות. למעשה, יש צורך במחשב קוונטי עם 160 קיוביט מושלמים כדי למדל מולקולה אחת של קפאין.
אחד האתגרים העיקריים העומד בדרכנו טמון ביצירת סביבה פיזית, שיכולה לתמוך בפעולתם של הקיוביט ומכניקת קוונטית. ראשית, יש לקרר את המתקן בו ניצבת המערכת הטכנולוגית לטמפרטורה של מינוס 272 מעלות צלזיוס - קר יותר מבחלל החיצון. מעבר לטמפרטורה, גורמים שונים כגון תנודות, סמיכות לכבלים או לקיוביטס אחרים גורם ל"רעשים" ומפריע לייצוב הקיוביט, ובהכרח לדיוק של התוצאה שהוא יניב.
אנו נמצאים כיום ב"עידן הקוואנטום הרועש", הגדוש עדין במורכבות כגון התאבכות (interference), שגיאות, "שיחות" צולבות בין קיוביטס והצורך באופטימיזציה מוגברת של מעגלים. כדי לשפר את איכות הביצועים עלינו לצמצם, בראש ובראשונה, את הרעש וההתאבכות - לא רק להגדיל את מספר הקיוביטס. הוספת קיוביטס ללא שיפור שיעור שגיאות גבוה לא תספק לנו את השידרוג הדרוש.
המטרה - להכפיל את עוצמת המחשוב מידי דור
מחשוב קוונטי הוא תחום מרתק הנשמע לרבים כמו מדע בדיוני, ולכן רבים עוסקים בפשטות בספירת קיוביטס כדי להציג התקדמות. מדור לדור אנו ב-IBM מתמקדים ומשיגים עוצמת מחשוב גבוהה יותר, לצד ביצועים טובים יותר, והמטרה שלנו היא להכפיל, לכל הפחות, את עוצמת המחשוב מידי דור. לשם כך אנו צריכים לעבור מקיוביטס גולמיים, שבהם אנו משתמשים כיום, לקיוביטס לוגיים שהם אמינים וחסינים יותר מפני פגמים.
מחשבים קוונטיים לא יחליפו את המחשבים הקלאסיים בעתיד הנראה לעין. הצעדים הראשונים בשינוי פרדיגמת החשיבה של המעבר למחשוב קוונטי יתבצעו בתקופה המשלבת מחשוב קוונטי וקלאסי במעין מודל היברידי. העבודה שלפנינו עוד רבה, אך אנו מתקדמים בקצב טוב הודות לעבודה מאומצת שלנו ושל השותפים הרבים שלנו שמסייעים לנו לחתור למטרה.
נקודת ציון ראשונה בדרך היא הנגשה. מחשבים קוונטיים חייבים להיות נגישים לחובבי הטכנולוגיה ולא רק למומחים עם תארים מתקדמים בפיזיקה. עלינו לחשוף את דור המתכנתים הבא למחשוב קוונטי כדי שיוכלו להתנסות בו באופן מעשי. לשם כך בנתה IBM את "Quantum Experience" - פלטפורמה שבה כל אדם בעולם יכול ללמוד ולבצע ניסויים על גבי מחשב קוונטי אמיתי באמצעות הענן. עד היום נרשמו לשירות כ-200 אלף משתמשים מכל שבע היבשות. IBM פיתחה גם את Qiskit, תוכנה הזמינה כקוד פתוח המאפשרת לתכנת ולהריץ פקודות על מחשוב קוונטי. עד היום הורידו את Qiskit מאות אלפי פעמים. כחלק מהאקו-סיסטם החדש שיצרה, IBM גם עורכת האקתונים ברחבי העולם. מעבדת המחקר של IBM בחיפה למשל, ארגנה האקאתון למחשוב קוונטי ומקיימת ימי חינוך הפתוחים לסטודנטים ישראליים.
בכדי להמשיך ולשפר את המחקר במחשוב קוונטי, IBM השיקה גם תוכנית שותפים הקרויה IBM Q Network, המתמקדת בהאצת המחקר ופיתוח יישומים מסחריים למחשוב קוונטי, כמו גם קידום ההשכלה בתחום. ב-Q Network חברים כיום כ-100 גופים, מהם נציגים מענפי הרכב, הפיננסים, האנרגיה, מכוני מחקר, מוסדות אקדמיים וסטארט-אפים. יותר מ-120 מיליארד הרצות (executions) בוצעו ברשת IBM Q. במסגרת זו אנו עוסקים במחקר משותף עם שותפים נבחרים באלגוריתמים למגזר הפיננסי, פרויקטים הקשורים לכימיה ליצירת הדור הבא של חומרים ומבנים לסוללות, איתור פגמי ייצור ואופטימיזציה של מערכות האיתור, וטיוב הלוגיסטיקה והניתוב.
לממש את הפוטנציאל
בכדי להתרחב, להתפתח וליצור אמינות, ועל מנת לממש את הפוטנציאל של המחשוב הקוונטי לפתרון הבעיות של האנושות, הכרחי להמשיך ולקדם את המחקר בתחום. בדומה למסלול שבו התפתחת תעשיית המוליכים למחצה, בה הושקעו מיליארדי דולרים ואיו ספור שנות אדם בפיתוח דרכים חדשות להרחבת הגיאומטריות של שבבי הסיליקון, מוטל עלינו לגלות את הטכנולוגיות שיאפשרו שימוש יום-יומי במחשבים הקוונטיים. הדרך אמנם ארוכה, אך אנו צועדים בביטחה על המסלול הזה.
הכותב הוא מנהל הפיתוח העסקי של המחשוב הקוונטי במעבדות המחקר של IBM באירופה
