מי יבנה את המחשב החזק ביותר על פני כדור הארץ? - בחזרה לעתיד - הבלוג של ד"ר תומר סיימון - TheMarker
 

אתם מחוברים לאתר דרך IP ארגוני, להתחברות דרך המינוי האישי

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

תיק מניות

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

לרשימת הקריאה המלאה לחצו כאן

מי יבנה את המחשב החזק ביותר על פני כדור הארץ?

אבטחת המידע כיום מבוססת על מפתחות הצפנה, שכדי לפרוץ אותם עם מחשבים רגילים, האקרים יזדקקו לכ-3,000 שנים. אך בעזרת מחשוב קוונטי נוכל לעשות זאת בדקות בודדות ■ ואולם, ההשקעות בתחום הן אסטרונומיות, וכיום רק חברות ענק מסוגלות לבצען

מכל שבו מעבד קוונטי של יבמ
Seth Wenig/אי־פי

כל ארגון וכל ממשלה מדברים על בינה מלאכותית והיכולת שלה לשנות את פני העולם. 2018 היתה שנת הפריצה של הבינה המלאכותית לתודעה הציבורית, ובעיקר של השפעתה על כמעט כל תחום בחיינו. אך, במקביל אליה מתפתחת לה טכנולוגיה נוספת שעתידה לשנות את העולם כולו, והיא המחשוב הקוונטי.

2019 נפתחה ב"סערה קוונטית" עם הצהרתה של חברת IBM על כך שהמחשב הקוונטי שלה, הראשון מסוגו בעולם, זמין לשימוש מסחרי. המירוץ הקוונטי נערך בין ארבע חברות ענק – אינטל, IBM, מיקרוסופט וגוגל.

יש משהו משותף לגל הטכנולוגיות המפציעות (emerging technologies) שמשנות את העולם לאחרונה, וביניהן האינטרנט של הדברים (IoT), הדפסת תלת-מימד (3D printing), בינה מלאכותית, וכעת מחשוב קוונטי. כולן הומצאו או פותחו באקדמיה לפני עשרות שנים עד עשרות רבות של שנים, אך רק בחמש השנים האחרונות החלו ל"הפציע" לשוק.

הפצעת המחשוב הקוונטי תביא למעשה לסוף עידן ההצפנה (קריפטוגרפיה), ובכך לקיצה של הפרטיות שלנו, אבל בעיקר לקיצה של יכולת ההגנה על מידע בכל מקום (ממשלות, מערכות פיננסיות, צבאות, ארגוני ביון, חברות מסחריות וכו'). כלל אבטחת המידע היום מבוססת על מפתחות הצפנה, כשהמורכבים ביותר הם של 1024 ביטים. כדי לפרוץ הצפנה כזו היום עם מחשבים רגילים האקרים יזדקקו לכ-3,000 שנים, אך בעזרת מחשוב קוונטי היא תפרץ בדקות בודדות בלבד.

מערכת אבטחת סייבר X-Force של IBM
בלומברג

 “אלוהים לא משחק בקוביות עם העולם"

מחשוב קוונטי מבוסס על מכניקה קוונטית שהיא התאוריה הפיסיקלית שפותחה בראשית המאה ה-20. על תפיסת המחשבים הקוונטים החלו להגות מדענים, ובראשם ריצ'ארד פיינמן, בתחילת שנות ה-80 של המאה הקודמת.

מחשבים קוונטים בנויים ועובדים באופן שונה לחלוטין מהמחשבים עליהם העולם ואנחנו מתבססים ומשתמשים בכל יום. מחשבים רגילים, או קלאסיים, עובדים על יחידות מידע הנקראות ביט (bit) המסוגלות לשמור מידע בינארי בלבד – אפס או אחד. מחשבים קוונטיים, לעומתם, עובדים עם qubit (מבוטא קיוביט), ביט קוונטי והוא  למעשה חלקיק פיסיקלי שיכול להיות בו-זמנית גם אפס וגם אחד. מעולם מדעי המחשב אנחנו עוברים לעולם הפיסיקה הקוונטית, והתופעה הפיסיקלית שמאפשרת את ההתנהגות הזו נקראת סופר-פוזיציה (superposition).

רגע לפני הסבר מעמיק קצת יותר, אני רוצה לציין שאין צורך להרגיש אי נוחות אם לא מבינים איך הם ולמה הם עובדים, אלא צריך בעיקר לדעת על מה זה ישפיע. גם אלברט איינשטיין באומרו כי "אלוהים לא משחק בקוביות עם העולם"  התייחס למכניקת הקוונטים. למעשה, איינשטיין סירב "לקבל" את התיאוריה לאורך כל חייו מאחר והיא היתה לו קשה להבנה. התמונה בקישור נקראת "התמונה האינטליגינטית ביותר בעולם", שצולמה ב-1927 בכנס החמישי למכניקה קוונטית. בתמונה ישנם, בין היתר, אלברט איינשטיין, מרי קירי (האישה היחידה בכנס) ונילס בוהר. 17 מתוך 29 המשתתפים קיבלו פרסי נובל.

אותה סופרפוזיציה נותנת למחשבים קוונטים יתרון מעריכי (אקספוננציאלי) על מחשבים מבוססי מעבדים רגילים (CPU או GPU). לצורך המחשה, אם ייתנו לכם החסן נייד עם נפח אחסון של 50 ביטים, אתם תבינו מייד שאין בו כל שימוש. או לחלופין, מחשב עם 50 ביטים לעיבוד גם כן ייתפס כמיותר לחלוטין. אבל, מחשב קוונטי עם 50 קיוביטים יהיה המחשב החזק ביותר על פני כל כדור הארץ.

כאן זה המקום להסביר למה היתרון של המחשוב הקוונטי הוא מעריכי – ישנה נוסחה פשוטה שתאפשר לכם להשוות את עוצמת החישוב והיכולות בין מחשב רגיל למחשב קוונטי – כמות הביטים הקלאסיים שווה ל-2 בחזקת כמות הקיובטים של המחשב הקוונטי. כלומר, מחשב קוונטי עם 4 קיוביטים שווה ל-2 בחזקת 4 ביטים – כלומר,  16 ביטים. מחשב קוונטי עם 50 קיוביטים שווה ל-250 ביטים, והוא יהיה המחשב החזק ביותר בעולם. כל קיוביט שמוסיפים למחשב קוונטי למעשה מכפיל את עוצמתו. במחשב הקוונטי עליו IBM הכריזה בינואר 2019 ישנם 20 קיוביטים.

הבעיה העיקרית במחשוב קוונטי היא אי-היציבות של אותם קיוביטים, שהינם רגישים ביותר לכל שינוי בטמפרטורה, תדירות או רעשי רקע. שלא כמו מחשב קלאסי שעובד בטמפרטורת החדר, על מנת להגיע לאותה יציבות במחשבים קוונטים הם צריכים לפעול בטמפרטורה של 15 מילי-קלווין, כלומר מינוס 273.135 מעלות צלזיוס. כמעט האפס המוחלט ופי מאה קר יותר מהטמפרטורה בחלל החיצון.

נשיא סין שי ג'ינפינג
Nicolas Asfouri / POOL/רויט?

מירוץ חימוש קוונטי

המרוץ בין ארבע החברות הוא לצורך הגעה למה שנקרא "עליונות קוונטית" (quantum supremacy), ולשם כך הן תצטרכנה לייצר מחשב קוונטי עם לפחות 49 קיוביטים. עליונות קוונטית מוגדרת כנקודה בה מחשב קוונטי יוכל לפתור בעיה חישובית שלא יכולה להפתר על ידי כל מחשב קלאסי אחר (במשאבים ובזמן הנדרש).

בעוד IBM עובדת על מחשב קוונטי עם 50 קיוביטים, ב-2018 חברת גוגל הכריזה על כך שהיא מפתחת מחשב קוונטי עם 72 קיוביטים. אמנם זה נשמע שאנחנו הולכים וקרבים לנקודת העליונות הקוונטית, אבל לא כך הדבר. בגלל אותה אי-יציבות קוונטית ישנן הרבה מאוד שגיאות כיום וצריכים להוסיף קיוביטים שיטפלו בניהול השגיאות ובתיקונים שלהן. חברת מיקרוסופט, המצטרפת האחרונה למירוץ הקוונטי, בחרה להשקיע בחלקיק תיאורטי שאולי בכלל לא קיים בשם Majorana (למעשה, מדובר בקוואזי-חלקיק). אם אכן הוא יתגלה כקיים וכישים, תהיה לו את כמות השגיאות הקטנה ביותר והוא יהיה פי 10,000 מדוייק יותר מכל המחשבים הקוונטים האחרים.

כולם, כנראה, זוכרים את באג 2000 המפורסם שהיה מכונה Y2K, וכל העולם נערך אליו בהשקעות עתק. היום, מדברים על Y2Q – או השנה בה מחשוב קוונטי יהיה זמין לכלל העולם, וזו תהיה השנה בה אבטחת המידע והסייבר כפי שאנחנו מכירים אותם יפסיקו להיות רלוונטיים. שנת היעד לכך היא 2026.

לאור זאת, בשנת 2016 ארגון ה-NSA האמריקאי פרסם צו בו הכריזו על ביצוע אוברול מלא לכלל מנגנוני ההצפנה שלהם, כי אם לא "זו תהיה מכה אנושה לבטחון הלאומי." הפנטגון וה-NSA במהלך השנים האחרונות השקיעו מאות מיליוני דולרים בפיתוח של הצפנה עמידה למחשוב קוונטי.

IBM וארגוני ביון ומחקר נוספים עובדים על פיתוחה של הצפנה לעידן הפוסט-קוונטי שתתבסס על מכניקה קוונטית כדי לייצר את מפתחות ההצפנה באופן רנדומלי אמיתי, וכן את הפצתם.

למעט שימושי סייבר למחשוב קוונטי תהיה השפעה גדולה מאוד על כריית ביטקוין, שכיום צורכת משאבי מחשוב וחשמל אדירים. נכון לינואר 2019 תעשיית כריית הביטקוין העולמית צורכת 47 טרה-וואט חשמל. לשם השוואה, צריכת החשמל השנתית של כל מדינת ישראל עומדת על כ-50 טרה-וואט, כלומר צריכה דומה לזו של מדינה מתקדמת. בעזרת המחשוב הקוונטי ניתן יהיה להוריד את צריכת החשמל של תהליכי הכרייה במעל ל-95% ולקצר את זמן הכרייה משמעותית.

עד כה התייחסתי רק לחברות פרטיות המפתחות מחשוב קוונטי, ויש צורך לציין כי גם סין עסוקה בבניית יכולות קוונטיות מתקדמות מאוד. כבר ב-2016 סין שיגרה לוויין קוונטי לחלל שמטרתו לנסות ולפתח יכולות תקשורת מתקדמות מאוד ומאובטחות מאוד.

ההשקעות בתחום פיתוח המחשוב הקוונטי וההצפנות הקוונטיות הן אסטרונומיות, וכיום רק חברות ענק כמו IBM, גוגל ומיקרוסופט (או סין) מסוגלות לבצען. על פי פרסומים, IBM השקיעה עד כה מעל ל-38 מיליארד דולר בנושא, וממשלת סין מקימה מרכז מחקר ומעבדה בנושא בהשקעה של 10 מיליארד דולר.

לעומתם, במאי 2018 ראש הממשלה, בנימין נתניהו, הכריז על השקעה בתחום המחשוב הקוונטי בישראל בדגש על נושאי אבטחת מידע. לדבריו, יושקעו כ-80 מיליון דולר בפיתוחו של מחשב קוונטי בשיתוף הטכניון ומכון וייצמן. לצערי, ישראל נכנסה לתחום בהשקעה קטנה מידי ומאוחר מידי, כמו שקרה גם עם תחום הבינה המלאכותית. אם ממשלת ישראל רוצה לשמר את היתרון שלנו במגוון תחומים עליה להתחיל לעסוק בתכנון ארוך טווח ולהפסיק לקבל החלטות באופן ריאקטיבי לשינויים המתרחשים בעולם. במידה ורוצים לשמר ולחזק את מעמדינו כמעצמת סייבר אז, לדעתי, עדיף להשקיע את הכסף בפיתוח הצפנות פוסט-קוונטיות מאשר בפיתוחו של מחשב קוונטי.

הרשמה לניוזלטר

כל הסקירות בזירת הניתוחים של TheMarker - בתיבת המייל שלכם

ברצוני לקבל ניוזלטרים, מידע שיווקי והטבות


תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר TheMarker

סדר את התגובות

כתבות שאולי פיספסתם

*#