מהפכת המחשב הקוונטי הקרובה

תאר לעצמך מחשב שפועל כמעט כמו שגוף האדם פועל ומאחסן את כל הנתונים שלו, כמו בני אדם, על גדילי DNA. זה לא מדע בדיוני - זה עובדה מדעית מאוד - שכן מדענים הוכיחו לאחרונה כיצד לשמור נתונים ב- DNA. רק בשנתיים האחרונות שבבי עיבוד מחשב קוונטי עשו צעדים גדולים בעולם הטכנולוגי עם מעבדים גדולים וטובים יותר שנבנו ובשימוש ניסיוני.

מכניקת הקוונטים מספקת את החוקים הבסיסיים והבסיס לבניית מחשבים קוונטיים. זהו תחום המדע המתאר כיצד חלקיקים תת-אטומיים מתנהגים ומתקשרים, והוא כולל חוקים, תיאוריות ועקרונות מפיזיקה קוונטית המתארים כיצד אינטראקציות מרתקות אלה מתרחשות בתחום מחשוב.

תיאוריות וחוקים אלה כוללים כימות אנרגיה, חבילות אנרגיה המוגדרות כקוונטיות; קיומם בו זמנית של חלקיקים כגל וחלקיקים המכונים דואליות גל-חלקיקים; עקרון אי הוודאות של הייזנברג, האומר שמדידה קורסת את החלקיק התת אטומי לאחד משני המצבים הפוטנציאליים שלו; ועקרון ההתכתבות, שפותח על ידי הפיזיקאי נילס בוהר, שהניח כי כל תיאוריה חדשה חייבת לחול גם עליה תופעות קונבנציונליות גם בפיסיקה ישנה, ​​לא רק מתארות התנהגות של חלקיקים וגלים ברמה אטומית בחדש תיאוריות.

במחשוב רגיל, מחשבים מבצעים על ידי עיבוד פיסות מידע באופן דיגיטלי באחד משני הערכים: אפס ואחד, המייצגים מצב מופעל או כבוי. בעוד שמהירויות המחשבים גדלו באופן אקספוננציאלי מאז ימיהם הראשונים של מחשבים אישיים בסוף שנות ה -80 ותחילת שנות ה -90, אלה ואפילו מחשבי-על המשמשים את הצבא, מעבדות המחקר והמכללות עדיין מגבילים את המהירות שבה הם מסיימים מתמטיקה מורכבת משוואות. למשוואות מסוימות לוקח שנים אפילו מחשבי-על מסתדרים בגלל כמה זמן משוואות מתמטיות.

לא כך עם מחשב קוונטי, הבנוי על הרעיון של ביטים קוונטיים, המכונה qubits, מכיוון שנתונים אלה יכולים להתקיים במספר מצבים 0 ו- 1 בו זמנית. ככל שיש יותר קווביטים במחשב קוונטי, כך הוא מאפשר יותר מצבים פוטנציאליים - וחישובי הנתונים יכולים להתרחש מהר יותר. בגלל ההסתבכות הקוונטית, מה שאינשטיין כינה "פעולה מפחידה מרחוק", קווביטים יכולים לפעול במרחקים גדולים ביניהם ללא צורך בחוטים. ובגלל זה, מה שקורה לחלקיק אחד, קורה למשנהו בו זמנית.

מחשבים קוונטיים פועלים כל כך מהר שהם יכולים לשבור את רוב כל שיטת ההצפנה הנהוגה כיום, כולל עסקאות בנקאיות ושיטות אחרות של אבטחת סייבר. בידי אנשים עם כוונה זדונית, מחשב קוונטי היה גורם נזק רב ויכול להביא את העולם על ברכיו הטכנולוגיות.

אך בידי אנשים עם הכוונות הנכונות, מחשבים קוונטיים יקדמו יכולות בינה מלאכותית בשונה מכל מה שנראה עד היום. לדוגמה, תוכל לטעון את הטבלה המחזורית ואת חוקי מכניקת הקוונטים למחשב כדי לתכנן תאים סולאריים יעילים יותר. מחשבים קוונטיים יכולים להוביל לתהליכי ייצור מדויקים ואופטימליים, לשפר את מצברי הרכב החשמלי, לחשב אלגוריתמים במהירות רבה יותר להתמוסס. פקקי תנועה בכבישים מהירים, תמצאו את שיטות המשלוח הטובות ביותר ודרכי הנסיעה, ובעצם קראנץ 'נתונים במהירות עצומה שלא היו מוכרים אפילו במהירות המהירה ביותר מחשבי-על.

מחשבים קוונטיים לא רק מציעים סוג טכנולוגי מתקדם יותר; הם הבסיס לצורת מחשוב חדשה לגמרי בהתבסס על החוקים העומדים בבסיס מכניקת הקוונטים. בהשוואה למחשב סטנדרטי המצויד בשיטות מחשוב קלאסיות, מחשב קוונטי גורם למחשב רגיל להיראות כמו תלת אופן בהשוואה למכונית מירוץ סופר מהירה.

ההתפתחויות במעבדי הקוביט לאורך השנים כוללות:

• אוניברסיטת אוקספורד בשנת 1998 חשפה את מעבד 2 הקוביטים שלהם.
• 1998 IBM, UC ברקלי, אוניברסיטת סטנפורד ו- MIT מפתחים מעבד דו-קוויתי.
• 2000 האוניברסיטה הטכנית במינכן, גרמניה, יצרה מעבד בעל 5 קילו-ביט.
• 2000 המעבדה הלאומית של לוס אלמוס בארה"ב חשפה מעבד בן 7 קילו-ביט.
• מכון 2006 למחשוב קוונטי, מכון היקפי לפיזיקה תיאורטית ו- MIT יוצרים מעבד בן 12 קילו-ביט.
• 2017 IBM משתפת את החדשות של מעבד 17 הקובץ שלה.
• 2017 חושפת IBM את מעבד 50 הקובץ שלה.
• 2018 גוגל משתפת חדשות על מעבד 72 הקיביות שלה.

בעוד שמחשבים קוונטיים פועלים במהירות, נכון לעכשיו אין להם שום דרך לאחסן נתונים מכיוון שעל פי כללי מכניקת הקוונטים הקיימים, אינך יכול להכפיל, להעתיק או לשמור נתונים במערכת הקוונטים. מהנדסים ומדענים חוקרים דרכים רבות לאחסון נתונים קוונטיים; חלקם שוקלים אפילו לאחסן נתונים על גדילי DNA.

מדענים פיתחו שיטה בשנת 2017 המאחסנת כ- 215 מיליון גיגה בייט בגרם DNA יחיד. כוננים קשיחים קונבנציונליים מאחסנים נתונים בשני ממדים, בעוד ש- DNA מציע תלת מימד ואחסון נתונים גדול יותר. אם דרך לשימוש ב- DNA התבררה כעבודה, בעצם כל הידע העולמי המאוחסן ב- DNA ימלא חדר יחיד או גב של שתי טנדרים סטנדרטיים.

חוקרים ושחקנים גדולים בכל רחבי העולם מקשקש לבנות את המעבד הבא הגדול ביותר. יבמ שמה את המחשוב הקוונטי בענן שלה, והפכה אותו לרשות כל מי שנרשם להשתתף בניסויים שלה.

מיקרוסופט נמצאת בתהליך של שילוב מחשוב קוונטי בפלטפורמת Visual Studio שלה, אך מלבד להודיע ​​בספטמבר 2017 על תוכניותיה לבסס את תוכניותיה על חלקיק פרמיונס של מיורנה - חלקיק שקיים כחלקיקים משלו ואשר התגלה בשנת 2012 - מיקרוסופט נותרת שקטה יחסית במחשוב הקוונטי שלה. תוכניות.

לגוגל יש תוכניות לשלוט בתחום המחשבים הקוונטיים ומקווה להשיג "עליונות קוונטית" על ידי בניית שבב שיכול להעלות את מחשבי העל של ימינו באמצעות חישוביו הקוונטיים.

ללא קשר להתקדמות המחשוב הקוונטי, מחשבים קוונטיים לא יעשו אותו בידי הציבור בקרוב. מחשבים קוונטיים עובדים ימצאו את דרכם למעבדות, מכוני חשיבה ומרכזי מחקר תחילה בכדי לסייע בפתרון משוואות שיעברו שנים עד שמחשבי העל יסתדרו.

למרות שחוקרים רבים חוזים את המסחור של מחשבים קוונטיים בארבע עד חמש שנים, עשויים לחלוף מספר שנים לאחר מכן ויותר לפני שמחשבים קוונטיים יהפכו לנורמה עבור פּוּמְבֵּי.