מהו מחשוב קוונטי?
מהו מחשוב קוונטי? מחשוב קוונטי הוא תחום במדעי המחשב העושה שימוש בעקרונות של תורת הקוונטים. תורת הקוונטים מסבירה את התנהגות האנרגיה והחומר ברמה האטומית והתת-אטומית. מחשוב קוונטי משתמש בחלקיקים תת-אטומיים, כגון אלקטרונים או פוטונים. סיביות קוונטיות, או קיוביטים, מאפשרות לחלקיקים הללו להתקיים ביותר ממצב אחד (כלומר, 1 ו-0) בו-זמנית. באופן תיאורטי, קיוביטים מקושרים יכולים "לנצל את ההפרעות בין מצבי הקוואנטים דמויי הגלים שלהם כדי לבצע חישובים שאחרת עלולים להימשך מיליוני שנים". מחשבים קלאסיים כיום משתמשים בזרם של דחפים חשמליים (1 ו-0) באופן בינארי כדי לקודד מידע בסיביות. זה מגביל את יכולת העיבוד שלהם, בהשוואה למחשוב קוונטי.
מהו מחשוב קוונטי? – מחשוב קוונטי משתמש בחלקיקים תת-אטומיים, כגון אלקטרונים או פוטונים. סיביות קוונטיות, או קיוביטים, מאפשרות לחלקיקים הללו להתקיים ביותר ממצב אחד (כלומר, 1 ו-0) בו-זמנית.
מהו מחשוב קוונטי? – באופן תיאורטי, קיוביטים מקושרים יכולים "לנצל את ההפרעות בין מצבי הקוואנטים דמויי הגלים שלהם כדי לבצע חישובים שאחרת עלולים להימשך מיליוני שנים".
מהו מחשוב קוונטי? – מחשבים קלאסיים כיום משתמשים בזרם של דחפים חשמליים (1 ו-0) באופן בינארי כדי לקודד מידע בסיביות. זה מגביל את יכולת העיבוד שלהם, בהשוואה למחשוב קוונטי.
מהו מחשוב קוונטי? – נקודות מרכזיות
הבנת מחשוב קוונטי
תחום המחשוב הקוונטי צמח בשנות ה-80. התגלה שניתן להתמודד עם בעיות חישוב מסוימות בצורה יעילה יותר עם אלגוריתמים קוונטיים מאשר עם עמיתיהם הקלאסיים.
למחשוב קוונטי יש את היכולת לנפות מספר עצום של אפשרויות ולחלץ פתרונות פוטנציאליים לבעיות ואתגרים מורכבים. כאשר מחשבים קלאסיים מאחסנים מידע כסיביות עם 0 או 1, מחשבים קוונטיים משתמשים בקיוביטים. קוויביטים נושאים מידע במצב קוונטי העוסק ב-0 ו-1 בצורה רב-ממדית.
פוטנציאל מחשוב כה עצום וגודל השוק החזוי לשימוש בו משכו את תשומת הלב של כמה מהחברות הבולטות ביותר. אלה כוללים את IBM, Microsoft, Google, D-Waves Systems, Alibaba, Nokia, Intel, Airbus, HP, Toshiba, Mitsubishi, SK Telecom, NEC, Raytheon, Lockheed Martin, Rigetti, Biogen, Volkswagen, Amgen.
שימושים ויתרונות של מחשוב קוונטי
מחשוב קוונטי יכול לתרום רבות לתחומי הביטחון, הפיננסים, ענייני הצבא והמודיעין, תכנון וגילוי תרופות, תכנון תעופה וחלל, שירותים (היתוך גרעיני), עיצוב פולימרים, למידת מכונה, בינה מלאכותית (AI), Big Datasearch וייצור דיגיטלי. .
ניתן להשתמש במחשבים קוונטיים כדי לשפר את השיתוף המאובטח של מידע. או לשפר את המכ"מים ואת יכולתם לזהות טילים וכלי טיס. תחום נוסף בו צפוי מחשוב קוונטי לסייע הוא איכות הסביבה ושמירה על ניקיון המים באמצעות חיישנים כימיים.
הנה כמה יתרונות פוטנציאליים של מחשוב קוונטי:
40%
תכונות של מחשוב קוונטי
סופרפוזיציה והסתבכות הן שתי תכונות של פיזיקת הקוונטים שעליהן מבוסס מחשוב קוונטי. הם מחזקים מחשבים קוונטיים להתמודד עם פעולות במהירויות גבוהות באופן אקספוננציאלי ממחשבים רגילים ועם הרבה פחות צריכת אנרגיה.
חֲפִיפָה
לפי IBM, זה מה שקיוביט יכול לעשות ולא מה שהוא זה מדהים. קיוביט מציב את המידע הקוונטי שהוא מכיל למצב של סופרפוזיציה. זה מתייחס לשילוב של כל התצורות האפשריות של הקיוביט. "קבוצות של קיוביטים בסופרפוזיציה יכולות ליצור מרחבי חישוב מורכבים ורב-ממדיים. בעיות מורכבות יכולות להיות מיוצגות בדרכים חדשות במרחבים אלו."
הִסתַבְּכוּת
הסתבכות היא חלק בלתי נפרד מכוח המחשוב הקוונטי. ניתן לגרום לזוגות של קיוביטים להסתבך. המשמעות היא ששני הקיוביטים קיימים אז במצב יחיד. במצב כזה, שינוי קיוביט אחד משפיע ישירות על השני באופן שניתן לצפות מראש.
אלגוריתמים קוונטיים נועדו לנצל את הקשר הזה כדי לפתור בעיות מורכבות. בעוד שהכפלת מספר הביטים במחשב קלאסי מכפילה את כוח העיבוד שלו, הוספת קיוביטים מביאה לעלייה אקספוננציאלית בכוח ויכולת המחשוב.
דקוהרנטיות
דה-קוהרנטיות מתרחשת כאשר ההתנהגות הקוונטית של קיוביטים מתפוררת. המצב הקוונטי יכול להיות מופרע באופן מיידי על ידי רעידות או שינויי טמפרטורה. זה יכול לגרום לקיוביטים ליפול מסופרפוזיציה ולגרום לשגיאות להופיע במחשוב. חשוב שהקיוביטים יהיו מוגנים מהפרעות כאלה על ידי, למשל, מקררים מקיררים, בידוד ותאי ואקום.
מגבלות של מחשוב קוונטי
מחשוב קוונטי מציע פוטנציאל עצום לפיתוחים ופתרון בעיות בתעשיות רבות. עם זאת, נכון לעכשיו, יש לו מגבלות.
לדברי מובילת האנרגיה העולמית איברדולה, "למחשבים קוונטיים אסור כמעט ללא לחץ אטמוספרי, טמפרטורת סביבה קרובה לאפס מוחלט (-273 מעלות צלזיוס) ובידוד מהשדה המגנטי של כדור הארץ כדי למנוע מהאטומים לנוע, להתנגש זה בזה, או אינטראקציה עם הסביבה".
"בנוסף, המערכות הללו פועלות רק לפרקי זמן קצרים מאוד, כך שהמידע ניזוק ולא ניתן לאחסן אותו, מה שמקשה עוד יותר על שחזור הנתונים".
מחשב קוונטי לעומת מחשב קלאסי
למחשבים קוונטיים יש מבנה בסיסי יותר ממחשבים קלאסיים. אין להם זיכרון או מעבד. כל מה שמחשב קוונטי משתמש בו הוא קבוצה של קיוביטים מוליכים-על.
מחשבים קוונטיים ומחשבים קלאסיים מעבדים מידע בצורה שונה. מחשב קוונטי משתמש בקיוביטים כדי להפעיל אלגוריתמים קוונטיים רב-ממדיים. כוח העיבוד שלהם גדל באופן אקספוננציאלי עם הוספת קיוביטים. מעבד קלאסי משתמש בביטים כדי להפעיל תוכניות שונות. ההספק שלהם גדל באופן ליניארי ככל שמתווספים עוד ביטים. למחשבים קלאסיים יש הרבה פחות כוח מחשוב.
מחשבים קלאסיים הם הטובים ביותר למשימות יומיומיות ויש להם שיעורי שגיאה נמוכים. מחשבי קוונטים הם אידיאליים לרמה גבוהה יותר של משימה, למשל, הפעלת סימולציות, ניתוח נתונים (כגון עבור ניסויים כימיים או תרופות), יצירת סוללות חסכוניות באנרגיה. יכולים להיות להם גם שיעורי שגיאה גבוהים.
מחשבים קלאסיים אינם זקוקים לטיפול מיוחד. הם עשויים להשתמש במאוורר פנימי בסיסי כדי למנוע התחממות יתר. מעבדים קוונטיים צריכים להיות מוגנים מהרעידות הקטנות ביותר וחייבים להיות קרים במיוחד. לשם כך יש להשתמש בנוזלי-על מקוררים במיוחד.
מחשבים קוונטיים יקרים וקשים יותר לבנייה ממחשבים קלאסיים.
מחשבים קוונטיים בפיתוח
גוגל
גוגל מוציאה מיליארדי דולרים כדי לבנות את המחשב הקוונטי שלה עד 2029. החברה פתחה קמפוס בקליפורניה בשם Google AI כדי לעזור לה לעמוד ביעד זה. לאחר שפותחה, גוגל תוכל להשיק שירות מחשוב קוונטי דרך הענן.
IBM
IBM מתכננת להחזיק מחשב קוונטי של 1,000 קיוביטים עד שנת 2023. לעת עתה, IBM מאפשרת גישה למכונות שלה לאותם ארגוני מחקר, אוניברסיטאות ומעבדות שהם חלק מרשת הקוונטים שלה.
מיקרוסופט
מיקרוסופט מציעה לחברות גישה לטכנולוגיה קוונטית באמצעות פלטפורמת Azure Quantum.
אחרים
יש עניין במחשוב קוונטי ובטכנולוגיה שלו מחברות שירותים פיננסיים כמו JPMorgan Chase וויזה.
מהו מחשוב קוונטי במונחים הפשוטים ביותר?
מחשוב קוונטי מתייחס למחשוב שנעשה על ידי מחשב קוונטי. בהשוואה למחשוב מסורתי שנעשה על ידי מחשב קלאסי, מחשב קוונטי אמור להיות מסוגל לאחסן הרבה יותר מידע ולפעול עם אלגוריתמים יעילים יותר. זה מתורגם לפתרון משימות מורכבות במיוחד מהר יותר.
כמה קשה לבנות מחשב קוונטי?
בניית מחשב קוונטי לוקחת זמן רב והיא יקרה מאוד. גוגל עבדה על בניית מחשב קוונטי במשך שנים והוציאה מיליארדי דולרים. היא מצפה שהמחשב הקוונטי שלה יהיה מוכן עד 2029. יבמ מקווה שיהיה מחשב קוונטי של 1,000 קיוביטים במקום עד 2023.
כמה עולה מחשב קוונטי?
בניית מחשב קוונטי עלה מיליארדים. עם זאת, Shenzhen SpinQ Technology, שבסיסה בסין, מתכננת למכור מחשב קוונטי של 5,000 דולר לצרכנים עבור בתי ספר ומכללות. בשנה שעברה היא החלה למכור מחשב קוונטי תמורת 50,000 דולר.
כמה מהיר מחשב קוונטי?
מחשב קוונטי מהיר פי כמה ממחשב קלאסי או מחשב על. אומרים שהמחשב הקוונטי של גוגל בפיתוח, Sycamore, ביצע חישוב תוך 200 שניות, בהשוואה ל-10,000 השנים שייקח לאחד מהמחשבים המהירים בעולם, הפסגה של IBM, לפתור אותה. IBM חלקה על טענת גוגל, ואמרה כי מחשב העל שלה יכול לפתור את החישוב תוך 2.5 ימים. למרות זאת, זה איטי פי 1,000 ממכונת הקוונטים של גוגל.
סיכום ומסקנות
מחשוב קוונטי שונה מאוד ממחשוב קלאסי. הוא משתמש בקיוביטים, שיכולים להיות 1 או 0 בו-זמנית. מחשבים קלאסיים משתמשים בביטים, שיכולים להיות רק 1 או 0.
כתוצאה מכך, מחשוב קוונטי הוא הרבה יותר מהיר וחזק. הוא צפוי לשמש לפתרון מגוון משימות מורכבות במיוחד, משתלמות.
למרות שיש לה מגבלות בשלב זה, היא מוכנה לפעול על ידי חברות רבות בעלות כוח במגוון תעשיות.
