כיצד מחשבי קוונטים ישנו את העולם: עתיד המחשבים P7

יש הרבה הייפ שמרחף סביב תעשיית המחשבים הכללית, הייפ שבמרכזו טכנולוגיה אחת ספציפית שיש לה פוטנציאל לשנות הכל: מחשבים קוונטיים. בהיותנו שם החברה שלנו, נודה על הטיה בשוריות שלנו סביב הטכנולוגיה הזו, ובמהלך הפרק האחרון של סדרת העתיד של המחשבים שלנו, אנו מקווים לשתף אתכם בדיוק למה זה.

ברמה בסיסית, מחשב קוונטי מציע הזדמנות לתמרן מידע בצורה שונה מהותית. למעשה, ברגע שהטכנולוגיה הזו תתבגר, המחשבים הללו לא רק יפתרו בעיות מתמטיות מהר יותר מכל מחשב שקיים כיום, אלא גם כל מחשב שצפוי להתקיים במהלך העשורים הקרובים (בהנחה שחוק מור מתקיים). למעשה, בדומה לדיון שלנו סביב מחשבי-על בפרק האחרון שלנו, מחשבים קוונטיים עתידיים יאפשרו לאנושות להתמודד עם שאלות גדולות מתמיד שיכולות לעזור לנו להשיג הבנה עמוקה יותר של העולם סביבנו.

מהם מחשבים קוונטיים?

מלבד הייפ, במה שונים מחשבים קוונטיים ממחשבים רגילים? ואיך הם עובדים?

ללומדים חזותיים, אנו ממליצים לצפות בסרטון המהנה והקצר הזה מצוות יוטיוב של Kurzgesagt בנושא זה:

בינתיים, עבור הקוראים שלנו, נעשה כמיטב יכולתנו להסביר מחשבים קוונטיים ללא צורך בתואר בפיזיקה.

בתור התחלה, עלינו לזכור שהיחידה הבסיסית של תהליך תהליך המידע היא קצת. לסיביות אלה יכול להיות אחד משני ערכים: 1 או 0, מופעל או כבוי, כן או לא. אם תשלבו מספיק סיביות אלה יחד, תוכלו לייצג מספרים בכל גודל ולעשות עליהם כל מיני חישובים, אחרי זה. ככל ששבב המחשב גדול יותר או חזק יותר, כך ניתן ליצור וליישם חישובים במספרים גדולים יותר, וניתן לעבור מהר יותר מחישוב אחד לאחר.

מחשבים קוונטיים שונים בשתי דרכים חשובות.

ראשית, היתרון של "סופרפוזיציה". בעוד שמחשבים מסורתיים פועלים עם ביטים, מחשבים קוונטיים פועלים עם קיוביטים. קיוביט אפקט הסופרפוזיציה מאפשרים שבמקום להיות מוגבל לאחד משני ערכים אפשריים (1 או 0), קיוביט יכול להתקיים כתערובת של שניהם. תכונה זו מאפשרת למחשבים קוונטיים לפעול בצורה יעילה יותר (מהירה יותר) ממחשבים מסורתיים.

שנית, הוא היתרון של "הסתבכות". תופעה זו היא התנהגות ייחודית בפיזיקה קוונטית הקושרת את גורלה של כמות של חלקיקים שונים, כך שמה שקורה לאחד ישפיע על האחרים. כאשר מיושמים על מחשבים קוונטיים, זה אומר שהם יכולים לתפעל את כל הקיוביטים שלהם בו-זמנית - במילים אחרות, במקום לבצע קבוצה של חישובים בזה אחר זה, מחשב קוונטי יכול לעשות את כולם בו-זמנית.

המירוץ לבניית המחשב הקוונטי הראשון

כותרת זו היא מעט כינוי שגוי. חברות מובילות כמו מיקרוסופט, יבמ וגוגל כבר יצרו את המחשבים הקוונטים הניסיוניים הראשונים, אך אבות הטיפוס המוקדמים הללו כוללים פחות משני תריסר קיוביטים לכל שבב. ולמרות שהמאמצים המוקדמים הללו הם צעד ראשון מצוין, חברות טכנולוגיה ומחלקות מחקר ממשלתיות יצטרכו לבנות מחשב קוונטי הכולל לפחות 49 עד 50 קיוביטים כדי שההייפ יעמוד בפוטנציאל התיאורטי שלו בעולם האמיתי.

לשם כך, ישנן מספר גישות שמתנסות בהן כדי להשיג את אבן הדרך הזו של 50 קיוביט, אך שתיים עומדות מעל כל המגיעים.

במחנה אחד, גוגל ויבמ שואפות לפתח מחשב קוונטי על ידי ייצוג קיוביטים כזרמים הזורמים דרך חוטים מוליכים-על שמקוררים ל-273.15 מעלות צלזיוס, או לאפס מוחלט. נוכחות או היעדר זרם מייצגת 1 או 0. היתרון של גישה זו הוא שניתן לבנות חוטי-על או מעגלים אלו מסיליקון, חומר של מוליכים למחצה לחברות יש עשרות שנות ניסיון בעבודה.

הגישה השנייה, בהובלת מיקרוסופט, כוללת יונים כלואים המוחזקים במקומם בתא ואקום ומתופעלים על ידי לייזרים. המטענים המתנודדים מתפקדים כקווביטים, המשמשים לאחר מכן לעיבוד פעולות המחשב הקוונטי.

כיצד נשתמש במחשבים קוונטיים

אוקיי, אם נשים את התיאוריה בצד, בואו נתמקד ביישומי העולם האמיתי שיהיו למחשבים הקוונטים האלה על העולם וכיצד חברות ואנשים מתקשרים אליו.

בעיות לוגיסטיות ואופטימיזציה. בין השימושים המיידיים והרווחיים ביותר למחשבים קוונטיים יהיו אופטימיזציה. עבור אפליקציות שיתוף נסיעות, כמו Uber, מה המסלול המהיר ביותר לאיסוף ולהוריד כמה שיותר לקוחות? עבור ענקיות מסחר אלקטרוני, כמו אמזון, מהי הדרך המשתלמת ביותר לספק מיליארדי חבילות במהלך העומס בקניית מתנות לחג?

השאלות הפשוטות הללו כרוכות בקריסת מספרים של מאות עד אלפי משתנים בו-זמנית, הישג שמחשבי-על מודרניים פשוט לא יכולים להתמודד איתו; אז במקום זאת, הם מחשבים אחוז קטן מהמשתנים האלה כדי לעזור לחברות הללו לנהל את הצרכים הלוגיסטיים שלהן בצורה פחות מאופטימלית. אבל עם מחשב קוונטי, הוא יחתוך הר של משתנים מבלי להזיע.

מזג אוויר ואקלים דוּגמָנוּת. בדומה לנקודה לעיל, הסיבה שבגללה ערוץ מזג האוויר לפעמים טועה היא בגלל שיש יותר מדי משתנים סביבתיים בשביל שמחשבי העל שלהם יכולים לעבד (איסוף נתוני מזג אוויר גרוע זה ולפעמים). אבל עם מחשב קוונטי, מדעני מזג אוויר יכולים לא רק לחזות דפוסי מזג אוויר בטווח הקרוב בצורה מושלמת, אלא הם יכולים גם ליצור הערכות אקלים מדויקות יותר לטווח ארוך כדי לחזות את ההשפעות של שינויי האקלים.

רפואה בהתאמה אישית. פענוח ה-DNA שלך והמיקרוביום הייחודי שלך חיוני עבור רופאים עתידיים לרשום תרופות המותאמות בצורה מושלמת לגוף שלך. בעוד שמחשבי-על מסורתיים עשו צעדים בפענוח DNA בצורה חסכונית, המיקרוביום נמצא הרבה מעבר להישג ידם - אך לא כך עבור מחשבים קוונטיים עתידיים.

מחשבי קוונטים גם יאפשרו לביג פארמה לחזות טוב יותר כיצד מולקולות שונות מגיבות עם התרופות שלהן, ובכך להאיץ משמעותית את פיתוח התרופות ולהוריד מחירים.

חקר חלל. טלסקופי החלל של היום (ומחר) אוספים מדי יום כמויות אדירות של נתוני תמונות אסטרולוגיות שעוקבים אחר תנועותיהם של טריליוני גלקסיות, כוכבים, כוכבי לכת ואסטרואידים. למרבה הצער, זה הרבה יותר מדי נתונים עבור מחשבי העל של ימינו כדי לנפות בהם כדי לגלות תגליות משמעותיות על בסיס קבוע. אבל עם מחשב קוונטי בוגר בשילוב עם למידת מכונה, ניתן סוף סוף לעבד את כל הנתונים האלה ביעילות, ולפתוח את הדלת לגילוי של מאות עד אלפי כוכבי לכת חדשים מדי יום עד תחילת שנות ה-2030.

מדעי היסוד. בדומה לנקודות לעיל, כוח המחשוב הגולמי שמאפשרים מחשבים קוונטיים אלה יאפשר למדענים ומהנדסים להמציא כימיקלים וחומרים חדשים, כמו גם מנועים מתפקדים טוב יותר וכמובן צעצועי חג מולד קרירים יותר.

למידת מכונה. באמצעות מחשבים מסורתיים, אלגוריתמים של למידת מכונה זקוקים לכמות עצומה של דוגמאות שנאספו ומתויגות (ביג דאטה) כדי ללמוד מיומנויות חדשות. בעזרת מחשוב קוונטי, תוכנות למידת מכונה יכולות להתחיל ללמוד יותר כמו בני אדם, לפיה הם יכולים לאסוף מיומנויות חדשות תוך שימוש בפחות נתונים, נתונים מבולגנים יותר, לעתים קרובות עם מעט הוראות.

יישום זה הוא גם נושא לריגוש בקרב חוקרים בתחום הבינה המלאכותית (AI), שכן יכולת הלמידה הטבעית המשופרת הזו יכולה להאיץ את ההתקדמות בחקר הבינה המלאכותית בעשרות שנים. עוד על כך בסדרת העתיד שלנו של בינה מלאכותית.

הצף. למרבה הצער, זו האפליקציה שרוב החוקרים וסוכנויות הביון עצבניות. כל שירותי ההצפנה הנוכחיים תלויים ביצירת סיסמאות שייקח למחשב-על מודרני אלפי שנים לפצח אותן; מחשבים קוונטיים יכולים באופן תיאורטי לקרוע את מפתחות ההצפנה הללו תוך פחות משעה.

בנקאות, תקשורת, שירותי ביטחון לאומי, האינטרנט עצמו תלוי בהצפנה אמינה כדי לתפקד. (אה, ותשכחו גם מהביטקוין, בהתחשב בתלות הליבה שלו בהצפנה.) אם המחשבים הקוונטיים האלה יעבדו כפי שפורסמו, כל התעשיות האלה יהיו בסיכון, ובמקרה הגרוע יסכנו את כל הכלכלה העולמית עד שנבנה הצפנה קוונטית כדי לשמור על לִפְסוֹעַ.

תרגום שפה בזמן אמת. כדי לסיים את הפרק הזה ואת הסדרה הזו בנימה פחות מלחיצה, מחשבי קוונטים יאפשרו גם תרגום שפות כמעט מושלם בזמן אמת בין שתי שפות, או דרך צ'אט סקייפ או באמצעות שימוש במכשיר אודיו לביש או שתל באוזן שלך .

בעוד 20 שנה, השפה כבר לא תהווה מחסום בפני אינטראקציות עסקיות ויומיומיות. לדוגמה, אדם שרק דובר אנגלית יכול להיכנס בביטחון רב יותר לקשרים עסקיים עם שותפים במדינות זרות שבהן מותגים אנגליים לא היו מצליחים לחדור, וכאשר מבקר במדינות זרות אלו, אדם זה עלול אפילו להתאהב במישהו מסוים במקרה מדבר רק קנטונזית.

סדרת העתיד של המחשבים

ממשקי משתמש מתפתחים להגדרה מחדש של האנושות: עתיד המחשבים P1

עתיד פיתוח תוכנה: עתיד המחשבים P2

מהפכת האחסון הדיגיטלי: עתיד המחשבים P3

חוק מור דועך שעורר חשיבה מחודשת על שבבים: עתיד המחשבים P4

מחשוב ענן הופך למבוזר: עתיד המחשבים P5

מדוע מדינות מתחרות על בניית מחשבי העל הגדולים ביותר? עתיד המחשבים P6