מחשוב קוונטי משתמש במכניקת קוונטים כדי לעבד כמויות אדירות של מידע בקצב גבוה להפליא. זה לוקח כמה דקות עד כמה שעות למחשב קוונטי לפתור בעיה שלמחשב שולחני ייקח שנים או עשרות שנים לפתור.
מחשוב קוונטי מכין את הבמה לדור חדש של מחשבי-על. מחשבים קוונטיים אלו צפויים לעלות על הטכנולוגיה הקיימת בתחומים כמו דוגמנות, לוגיסטיקה, ניתוח מגמות, קריפטוגרפיה ובינה מלאכותית.
הסבר על מחשוב קוונטי
רעיון המחשוב הקוונטי הוגה לראשונה בתחילת שנות ה-80 על ידי ריצ'רד פיינמן ויורי מנין.פיינמן ומנין האמינו שמחשב קוונטי יכול לדמות נתונים בדרכים שמחשב שולחני לא יכול. רק בסוף שנות ה-90 בנו החוקרים את המחשבים הקוונטיים הראשונים.
מחשוב קוונטי משתמש במכניקת קוונטים, כגון סופרפוזיציה והסתבכות, כדי לבצע חישובים. מכניקת הקוונטים היא ענף בפיזיקה שחוקר דברים קטנים במיוחד, מבודדים או קרים.
יחידת העיבוד העיקרית של מחשוב קוונטי היא סיביות קוונטיות או קיוביטים. קוויביטים נוצרים במחשב הקוונטי באמצעות התכונות המכניות הקוונטיות של אטומים בודדים, חלקיקים תת-אטומיים או מעגלים חשמליים מוליכים-על.
קווביטים דומים לסיביות המשמשות מחשבים שולחניים בכך שהקיוביטים יכולים להיות במצב קוונטי של 1 או 0. קיוביטים שונים בכך שהם יכולים להיות גם בסופרפוזיציה של מצבי 1 ו-0, כלומר קיוביטים יכולים לייצג גם 1 וגם 0 בו זמנית.
כאשר קיוביטים נמצאים בסופרפוזיציה, שני מצבים קוונטיים מתווספים יחד ומביאים למצב קוונטי נוסף.סופרפוזיציה פירושה שמספר חישובים מעובדים בו זמנית. אז שני קיוביטים יכולים לייצג ארבעה מספרים בו זמנית. מחשבים רגילים מעבדים ביטים רק באחד משני מצבים אפשריים, 1 או 0, והחישובים מעובדים אחד בכל פעם.
מחשבים קוונטיים משתמשים גם בהסתבכות כדי לעבד קיוביטים. כאשר קיוביט מסובך, המצב של קיוביט זה תלוי במצבו של קיוביט אחר כך שקיוביט אחד חושף את המצב של הזוג הלא נצפה שלו.
המעבד הקוונטי הוא הליבה של המחשב
יצירת קיוביטים היא משימה קשה. נדרשת סביבה קפואה כדי לשמור על קיוביט לכל אורך זמן. החומרים המוליכים-על הנדרשים ליצירת קיוביט חייבים להיות מקוררים לאפס מוחלט (בערך מינוס 272 צלזיוס). הקיוביטים חייבים להיות מוגנים גם מרעשי רקע כדי להפחית שגיאות בחישוב.
חלקו הפנימי של מחשב קוונטי נראה כמו נברשת זהב מהודרת. וכן, הוא עשוי מזהב אמיתי. זהו מקרר דילול שמקרר את השבבים הקוונטיים כך שהמחשב יכול ליצור סופרפוזיציות ולסבך קיוביטים מבלי לאבד שום מידע.
המחשב הקוונטי מייצר את הקיוביטים האלה מכל חומר שמציג תכונות מכניות קוונטיות שניתן לשלוט בהן. פרויקטים של מחשוב קוונטי יוצרים קיוביטים בדרכים שונות, כמו לולאת חוט מוליך-על, מסתובב אלקטרונים ולכידת יונים או פולסים של פוטונים. קיוביטים אלה קיימים רק בטמפרטורות תת-הקפיא שנוצרות במקרר הדילול.
שפת התכנות המחשוב הקוונטי
אלגוריתמים קוונטיים מנתחים את הנתונים ומציעים סימולציות על סמך הנתונים. אלגוריתמים אלו כתובים בשפת תכנות ממוקדת קוונטים. מספר שפות קוונטיות פותחו על ידי חוקרים וחברות טכנולוגיה.
אלה הן כמה משפות התכנות של המחשוב הקוונטי:
- QISKit: ערכת תוכנת המידע הקוונטי מ-IBM היא ספריית ערימה מלאה לכתיבה, הדמיה והרצה של תוכניות קוונטיות.
- Q: שפת התכנות הכלולה בערכת הפיתוח Quantum של Microsoft. ערכת הפיתוח כוללת סימולטור קוונטי וספריות אלגוריתמים.
- Cirq: שפה קוונטית שפותחה על ידי Google המשתמשת בספריית פיתון כדי לכתוב מעגלים ולהפעיל מעגלים אלה במחשבים קוונטיים ובסימולטורים.
- Forest: סביבת מפתחים שנוצרה על ידי Rigetti Computing הכותבת ומפעילה תוכניות קוונטיות.
שימושים עבור מחשוב קוונטי
מחשבים קוונטיים אמיתיים הפכו לזמינים בשנים האחרונות, ורק לכמה חברות טכנולוגיה גדולות יש מחשב קוונטי. חלק מחברות הטכנולוגיה הללו כוללות את גוגל, יבמ, אינטל ומיקרוסופט. מובילי טכנולוגיה אלה עובדים עם יצרנים, חברות שירותים פיננסיים וחברות ביוטכנולוגיה כדי לפתור מגוון בעיות.
הזמינות של שירותי מחשב קוונטי וההתקדמות בכוח המחשוב מעניקות לחוקרים ולמדענים כלים חדשים למצוא פתרונות לבעיות שבעבר לא ניתן היה לפתור.מחשוב קוונטי צמצם את כמות הזמן והמשאבים שנדרש כדי לנתח כמויות מדהימות של נתונים, ליצור סימולציות לגבי הנתונים האלה, לפתח פתרונות וליצור טכנולוגיות חדשות שמתקנות בעיות.
עסקים ותעשייה משתמשים במחשוב קוונטי כדי לחקור דרכים חדשות לעשות עסקים. הנה כמה מפרויקטי המחשוב הקוונטי שעשויים להועיל לעסקים ולחברה:
- תעשיית התעופה והחלל משתמשת במחשוב קוונטי כדי לחקור דרכים טובות יותר לניהול תעבורה אווירית.
- חברות פיננסיות והשקעות מקווים להשתמש במחשוב קוונטי כדי לנתח את הסיכון והתשואה של השקעות פיננסיות, לייעל אסטרטגיות תיקים ולהסדיר מעברים פיננסיים.
- יצרנים מאמצים מחשוב קוונטי כדי לשפר את שרשרת האספקה שלהם, ליצור יעילות בתהליכי הייצור שלהם ולפתח מוצרים חדשים.
- חברות ביוטכנולוגיה בודקות דרכים להאיץ את הגילוי של תרופות חדשות.
מצא מחשב קוונטי והתנסה במחשוב קוונטי
כמה מדעני מחשבים מפתחים שיטות לדמות מחשוב קוונטי במחשב שולחני.
רבות מחברות הטכנולוגיה הגדולות בעולם מציעות שירותים קוונטיים. בשילוב עם מחשבים שולחניים ומערכות, שירותים קוונטיים אלה יוצרים סביבה שבה עיבוד קוונטי - עם מחשבים שולחניים - פותר בעיות מורכבות.
- IBM מציעה את סביבת IBM Q עם גישה למספר מחשבים וסימולציות קוונטיות אמיתיות שבהן תוכלו להשתמש דרך הענן.
- Alibaba Cloud מציע פלטפורמת ענן מחשוב קוונטי שבה אתה יכול להריץ ולבדוק קודים קוונטיים בהתאמה אישית.
- Microsoft מציעה ערכת פיתוח קוונטית הכוללת את שפת התכנות Q, סימולטורים קוונטיים וספריות פיתוח של קוד מוכן לשימוש.
- Rigetti יש פלטפורמת ענן קוונטית ראשונה שנמצאת כעת בגרסת בטא. הפלטפורמה שלהם מוגדרת מראש עם ה-Forest SDK שלהם.
חדשות מחשוב קוונטי בעתיד
החלום הוא שמחשבים קוונטיים יפתרו בעיות כרגע גדולות מדי ומורכבות מדי לפתרון עם חומרה סטנדרטית - במיוחד עבור מודלים סביבתיים והכלת מחלות.
למחשבים שולחניים אין מקום להפעיל את החישובים המורכבים האלה ולבצע את הכמות המדהימה הזו של ניתוח נתונים. מחשוב קוונטי לוקח את אוסף הנתונים הגדולים ביותר ומעבד את המידע הזה בשבריר מהזמן שהוא ייקח במחשב שולחני. נתונים שייקח למחשב שולחני מספר שנים לעבד ולנתח אותם לוקח רק כמה ימים עבור מחשב קוונטי.
מחשוב קוונטי עדיין בחיתוליו, אבל יש לו פוטנציאל לפתור את הבעיות המורכבות ביותר בעולם במהירות האור. זה ניחוש של כל אחד עד כמה יגדל המחשוב הקוונטי ולזמינותם של מחשבים קוונטיים.
