טרנספורמציה דיגיטלית משנה את העולם מהר יותר מאי פעם. למידה על מושגי המפתח של העידן הדיגיטלי יהפוך קריטי עוד יותר עם הגעתו הקרובה של גל חדש נוסף של טכנולוגיה המסוגלת לשנות מודלים קיימים במהירות ובעוצמה מדהימה: מחשוב קוונטי.
במאמר זה, אנו משווים את המושגים הבסיסיים של מחשוב מסורתי ומחשוב קוונטי, ומתחילים גם לחקור את היישום שלהם בתחומים שונים.
מהן תכונות קוונטיות?
לאורך ההיסטוריה, בני האדם פיתחו טכנולוגיה כשהם למדו להבין את פעולתו של הטבע באמצעות המדע. בין שנות ה-1900 ל-1930, מחקר של כמה תופעות פיזיקליות שעדיין לא הובנו היטב הוליד תיאוריה פיזיקלית חדשה: מכניקת הקוונטים. תיאוריה זו מתארת ומסבירה את פעולתו של העולם המיקרוסקופי, בית הגידול הטבעי של מולקולות, אטומים ואלקטרונים.
לא רק שהיא הצליחה להסביר את התופעות הללו, אלא היא גם אפשרה להבין שהמציאות התת-אטומית פועלת בצורה נוגדת אינטואיטיבית, כמעט קסומה, ושמאורעות מתרחשים בעולם המיקרוסקופי שאינם מתרחשים בעולם עולם מקרוסקופי.
תכונות קוונטיות אלו כוללות סופרפוזיציה קוונטית, הסתבכות קוונטית וטלפורטציה קוונטית.
- סופרפוזיציה קוונטית מתאר כיצד חלקיק יכול להיות במצבים שונים בו-זמנית.
- הסתבכות קוונטית מתאר כיצד ניתן להביא שני חלקיקים למצב "מסובך" ולאחר מכן להגיב כמעט בו-זמנית באותו אופן, למרות המרחק הפיזי שלהם. במילים אחרות, ניתן למקם אותם רחוק זה מזה ככל שתרצה, ובזמן אינטראקציה עם אחד, השני מגיב לאותה אינטראקציה.
- טלפורטציה קוונטית משתמש בהסתבכות קוונטית כדי לשלוח מידע ממקום אחד בחלל למקום אחר ללא צורך לנסוע בחלל.
מחשוב קוונטי מבוסס על תכונות קוונטיות אלו של הטבע התת-אטומי.
במקרה זה, ההבנה של היום של העולם המיקרוסקופי באמצעות מכניקת הקוונטים מאפשרת לנו להמציא ולעצב טכנולוגיות המסוגלות לשפר את חייהם של אנשים. ישנן טכנולוגיות רבות ושונות המשתמשות בתופעות קוונטיות, וחלקן, כמו לייזרים או הדמיית תהודה מגנטית (MRI), קיימות כבר יותר מחצי מאה.
מהו מחשוב קוונטי?
כדי להבין איך מחשבים קוונטיים עובדים, כדאי להסביר תחילה כיצד פועלים המחשבים שבהם אנו משתמשים מדי יום, המכונים במאמר זה מחשבים דיגיטליים או קלאסיים. אלה, כמו כל המכשירים האלקטרוניים האחרים כגון טאבלטים או טלפונים ניידים, משתמשים בביטים כיחידות הזיכרון הבסיסיות שלהם. המשמעות היא שתוכנות ויישומים מקודדים בסיביות, כלומר בשפה בינארית של אפסים ואחדים.
בכל פעם שאנו מקיימים אינטראקציה עם כל אחד מהמכשירים הללו, למשל על ידי לחיצה על מקש במקלדת, מחרוזות של אפסים ואחדים נוצרות, נהרסות ו/או משתנות בתוך המחשב.
השאלה המעניינת היא, מהם האפסים והאחדים הללו פיזית בתוך המחשב? מצבי האפס והאחד של הסיביות תואמים לזרם חשמלי שזורם, או לא, דרך חלקים מיקרוסקופיים הנקראים טרנזיסטורים, הפועלים כמתגים. כאשר לא זורם זרם, הטרנזיסטור "כבוי" ומתאים לביט 0, וכשהוא זורם, הוא "פועל" ומתאים לביט 1.
בצורה פשוטה יותר, זה כאילו סיביות 0 ו-1 מתאימות לחורים, כך שחור ריק הוא קצת 0 וחור שנכבש על ידי אלקטרון הוא קצת 1. עכשיו, כשיש לנו מושג איך המחשבים של היום עובדים , בואו ננסה להבין איך מחשבים קוונטיים עובדים.
מביטים לקיוביטים
היחידה הבסיסית של מידע במחשוב קוונטי היא הסיבית הקוונטית או הקיוביט. קוויביטים הם, בהגדרה, מערכות קוונטיות דו-מפלסיות אשר, כמו סיביות, יכולות להיות ברמה הנמוכה, התואמת למצב של עירור נמוך או אנרגיה המוגדרת כ-0; או ברמה הגבוהה, התואמת למצב של עירור גבוה יותר או מוגדרת כ-1.
עם זאת, וכאן טמון ההבדל המהותי עם מחשוב קלאסי, קיוביטים יכולים להיות גם בכל אחד ממספר אינסופי של מצבי ביניים בין 0 ל-1, כמו מצב שהוא חצי 0 וחצי 1, או שלושה רבעים של 0 ורבע. של 1. תופעה זו ידועה כסופרפוזיציה קוונטית והיא טבעית במערכות קוונטיות.
אלגוריתמים קוונטיים: מחשוב חזק ויעיל יותר באופן אקספוננציאלי
מטרתם של מחשבים קוונטיים היא לנצל את התכונות הקוונטיות הללו של קיוביטים, כמערכות קוונטיות, כדי להיות מסוגלים להריץ אלגוריתמים קוונטיים המשתמשים בסופרפוזיציה ובהסתבכות כדי להציע כוח עיבוד גדול בהרבה מאלה הקלאסיים.
חשוב לציין ששינוי הפרדיגמה האמיתי אינו מורכב מביצוע אותו דבר שמחשבים דיגיטליים או קלאסיים - הנוכחיים- עושים, אלא מהר יותר, כפי שטוענים מאמרים רבים בטעות, אלא שאלגוריתמים קוונטיים מאפשרים לבצע פעולות מסוימות. מבוצע בצורה שונה לחלוטין; שלעתים קרובות הוא יעיל יותר - כלומר בהרבה פחות זמן או בשימוש בהרבה פחות משאבי חישוב-.
בואו נסתכל על דוגמה קונקרטית למה זה מרמז. בואו נדמיין שאנחנו בסן פרנסיסקו ואנחנו רוצים לדעת מהו המסלול הטוב ביותר לניו יורק מתוך מיליון אפשרויות להגיע לשם (N=1,000,000). כדי להיות מסוגלים להשתמש במחשבים כדי למצוא את המסלול האופטימלי, עלינו לבצע דיגיטציה של 1,000,000 אפשרויות, מה שמרמז לתרגם אותן לשפת סיביות עבור המחשב הקלאסי ולקיוביטים עבור המחשב הקוונטי.
בעוד שמחשב קלאסי יצטרך לעבור את כל הנתיבים בזה אחר זה עד שימצא את הנתיב הרצוי, מחשב קוונטי מנצל תהליך המכונה מקביליות קוונטית המאפשר לו, בעצם, לשקול את כל הנתיבים בבת אחת. זה מרמז שהמחשב הקוונטי ימצא את המסלול האופטימלי הרבה יותר מהיר מהמחשב הקלאסי, עקב אופטימיזציה של המשאבים המשמשים.
כדי להבין את ההבדלים ביכולת החישובית, עם n קיוביטים נוכל לעשות את המקבילה למה שיהיה אפשרי עם 2n ביטים. לעתים קרובות אומרים שעם 2 בערך70 קיוביטים יכולים להיות לך יותר מצבי בסיס במחשב קוונטי - יותר מחרוזות שונות ובו-זמניות של תווים - ממספר האטומים ביקום, המוערך בכ-280. דוגמה נוספת היא שההערכה היא שבמחשב קוונטי של בין 2000 ל-2500 קיוביטים אתה יכול לשבור כמעט את כל ההצפנה המשמשת כיום (המכונה קריפטוגרפיה של מפתח ציבורי).
בכל הנוגע לקריפטוגרפיה, ישנם יתרונות רבים לשימוש מחשוב קוונטי. אם שתי מערכות מסובכות אך ורק, זה אומר שהן מתואמות זו לזו (כלומר, כאשר אחת משתנה, גם השנייה משתנה) ואף צד שלישי לא חולק את המתאם הזה.
ממסעדה
אנו נמצאים בתקופה של טרנספורמציה דיגיטלית שבה טכנולוגיות מתפתחות שונות כמו בלוקצ'יין, בינה מלאכותית, רחפנים, האינטרנט של הדברים, מציאות מדומה, 5G, מדפסות תלת מימד, רובוטים או כלי רכב אוטונומיים נוכחים יותר ויותר במספר תחומים ומגזרים.
טכנולוגיות אלו, שאמורות לשפר את איכות חיי האדם על ידי האצת פיתוח ויצירת השפעה חברתית, מתקדמות כיום במקביל. רק לעתים נדירות אנו רואים חברות מפתחות מוצרים המנצלים שילובים של שתיים או יותר מהטכנולוגיות הללו, כמו בלוקצ'יין ו-IoT או רחפנים בינה מלאכותית.
בעוד שהם מיועדים להתכנס ובכך ליצור השפעה גדולה יותר באופן אקספוננציאלי, השלב המוקדם של הפיתוח שבו הם נמצאים והמיעוט של מפתחים ואנשים עם רקע טכני פירושם שהתכנסויות הן עדיין משימה ממתינה.
בשל פוטנציאל ההפרעה שלהן, טכנולוגיות קוונטיות צפויות לא רק להתכנס עם כל הטכנולוגיות החדשות הללו, אלא גם להשפיע רחבה על כמעט כולן. מחשוב קוונטי יאיים על אימות, החלפה ואחסון מאובטח של נתונים, תוך השפעה גדולה יותר על אותן טכנולוגיות שבהן הצפנה משחקת תפקיד רלוונטי יותר, כגון אבטחת סייבר או בלוקצ'יין.
השאירו תגובה