בסולם המונחים הלוהטים של עולם הטכנולוגיה, המחשוב הקוונטי שני רק לבינה המלאכותית. חברות טכנולוגיה כמו אלפבית (גוגל), אמזון ומיקרוסופט משקיעות לא מעט בימים אלה במחקר ופיתוח של מחשוב קוונטי. שפע של סטארט אפים צצו גם כן, וחלקם מתהדרים בהערכות שווי מדהימות. שוויה של חברת IonQ, לדוגמה, הוערך בשני מיליארד דולר כשהיא הונפקה באוקטובר באמצעות מיזוג עם ספאק. חלק ניכר מהפעילות המסחרית הזאת התרחש במהירות מתמיהה בשלוש השנים האחרונות.
אני עצמי תומך נלהב במחשוב קוונטי: פרסמתי יותר ממאה מאמרים טכניים בנושא, ורבים מהדוקטורנטים והפוסט-דוקטורנטים שלי הפכו למומחים ידועים למחשוב קוונטי בכל העולם. אבל אני מוטרד מיחסי הציבור שאופפים את המחשוב הקוונטי בימים אלה, ובייחוד מהטענות בנוגע לאופן שבו הוא יובא לשוק.
ישנם שימושים מוכחים למחשבים קוונטיים. הידוע שבהם הודגם תיאורטית על ידי פיטר שור ב-1994: שור הראה כי יש פער מעריכי בין המהירות שבה מחשב קוונטי יכול למצוא את הגורמים הראשוניים של מספרים גדולים - בעיה מתמטית קשה – לבין המהירות שבה הסכמות הקלאסיות עושות זאת. פירוק לגורמים ראשוניים הוא המשימה היסודית בכל הקשור לפיצוח שיטת ההצפנה המקובלת RSA, ולכן האלגוריתם של שור משך מיד את תשומת לבן של ממשלות בכל העולם, והוביל להזרמה נכבדת של כספים למחקר המחשוב הקוונטי.
הבעיה היחידה? לייצר בפועל מחשב קוונטי שמסוגל לעשות את זה. לשם כך יש ליישם בהצלחה את התהליך ששור ואחרים כינו "תיקון שגיאות קוונטי" (Quantum error correction), המפצה על היעלמותם המהירה של מצבים קוונטיים בגלל רעש סביבתי (תופעה שנקראת "דה־קוהרנטיות"). ב־1994 חשבו החוקרים שתיקון שגיאות קוונטי יהיה קל ליישום מכיוון שהוא אפשרי מבחינה פיזיקלית. אך בפועל, זה קשה מאוד.
למחשבים הקוונטיים המתקדמים ביותר בימינו יש עשרות קיוביטים פיזיים דה־קוהרנטיים (או "רועשים"). כדי לבנות מחשב קוונטי שיכול לפצח צפני RSA, יידרשו מיליונים רבים של רכיבים אלה, אם לא מיליארדים. רק כמה עשרות אלפים מתוכם ישמשו למחשוב עצמו – אלה מכונים "קיוביטים לוגיים". השאר ישמשו לתיקון שגיאות, כדי לפצות על הדה־קוהרנטיות.
מערכות הקיוביט הקיימות כיום הן הישג מדעי מדהים, אבל הן אינן מקרבות אותנו למחשב קוונטי שמסוגל לפתור בעיה שלמישהו אכפת ממנה. לולא פריצת הדרך של המעגלים המשולבים, המעבדים ו-60 שנה של עבודה הנדסית קשה, לא היו בידינו כיום סמראטפונים
מערכות הקיוביט הקיימות כיום הן הישג מדעי מדהים, אבל הן אינן מקרבות אותנו למחשב קוונטי שמסוגל לפתור בעיה שלמישהו אכפת ממנה. זה קצת כמו לנסות לבנות את הסמארטפונים המתקדמים ביותר של ימינו באמצעות שפופרות ריק מראשית המאה העשרים. אפשר לחבר 100 שפופרות יחד, וכך לקבוע שאם נצליח לחבר עשרה מיליארד ולייצר מצב שבו הן פועלות יחד ללא תקלות, נוכל לחולל נסים ונפלאות. אבל מה שחסר הוא פריצת הדרך של המעגלים המשולבים והמעבדים שהובילה אותנו עד לסמארטפונים. נדרשו 60 שנה של עבודה הנדסית קשה מאוד כדי להגיע מהמצאת הטרנזיסטור עד להמצאת הסמארטפון בלי להוסיף שום פיתוח פיזיקלי חדש בדרך.
ישנם רעיונות – ולי עצמי היה חלק בפיתוח התיאוריות שבבסיס כמה מהרעיונות האלה – המסבירים כיצד אפשר לעקוף את תיקון השגיאות הקוונטי באמצעות קיוביטים הרבה יותר יציבים. הגישה הזאת נקראת "מחשוב קוונטי טופולוגי". מיקרוסופט עובדת על הגישה הזאת. אך מתברר שגם פיתוח החומרה הנדרשת למחשוב קוונטי טופולוגי הוא אתגר עצום. לא ברור אם בסופו של דבר המנצחת תהיה מערכת תיקון שגיאות קוונטי מקיפה, או מערכת של מחשוב קוונטי טופולוגי (או משהו אחר, כמו הכלאה בין השתיים).
מן המפורסמות היא שפיזיקאים הם חכמים (גילוי נאות: אני פיזיקאי), אך יש גם פיזיקאים שמצטיינים במציאות ראשי תיבות שנשמעים חשובים. הקושי הגדול בהתגברות על הדה־קוהרנטיות הוביל אותנו לראשי התיבות המרשימים NISQ - מחשב "קוונטי רועש בקנה מידה בינוני (noisy intermediate scale quantum [computer]). זהו עיקרון שאומר כי מקבצים קטנים של קיוביטים פיזיים רועשים יוכלו לבצע משימה מועילה טוב יותר ממחשב קלאסי. אני לא בטוח מהו בדיוק המכשיר הזה: כמה הוא רועש? כמה קיוביטים יש בו? למה הוא מחשב? אילו בעיות משמעותיות מכונת NISQ כזאת תוכל לפתור?
בניסוי מעבדה שנערך לאחרונה בגוגל זוהו כמה רכיבים משוערים של הדינמיקה הקוונטית (שנקראים "גבישי זמן") באמצעות 20 קיוביטים רועשים על־מוליכים. הניסוי הזה הדגים באופן מרשים ביותר את השימוש בטכניקות בקרה אלקטרוניות, אך לא הוכיח שיש לכך יתרון מחשובי על פני מחשבים רגילים, המסוגלים לדמות ללא קושי גבישי זמן באמצעות מספר דומה של קיוביטים וירטואליים. הניסוי גם לא גילה לנו שום דבר על התכונות הפיזיקליות של גבישי זמן.
לאחרונה נערכו גם ניסויים ב־NISQ שהצליחו לדמות מעגלים קוונטיים אקראיים. גם זה הישג ראוי לציון במשימה מתוחכמת להפליא ללא שום ערך מסחרי.
השימוש ב־NISQ הוא רעיון חדש ומצוין למחקר יסודי – הוא יכול לעזור לפיזיקאים לחקור תחומים יסודיים כמו דינמיקה קוונטית. אך למרות שכל מיני סטארט אפים מעולם המחשוב הקוונטי מייצרים נחשול בלתי פוסק של התלהבות מ־NISQ, הפוטנציאל המסחרי רחוק מלהיות מובהק.
נדרשו לתעשיית התעופה יותר משישים שנה להגיע מהאחים רייט למטוסי סילון מסחריים. השאלה הרלוונטית היא היכן אנו מציבים על ציר הזמן את המחשוב הקוונטי בשלב התפתחותו הנוכחי. אצל האחים רייט ב־1903? אצל מטוסי הסילון הראשונים בסביבות 1940? או שאולי אנחנו עדיין בראשית המאה השש עשרה, עם מכונת התעופה של לאונרדו דה וינצ'י?
נתקלתי בטענות מעורפלות בנוגע לשימוש ב־NISQ לאופטימיזציה מהירה או אפילו לאימון בינה מלאכותית. איני מומחה באופטימיזציה או בבינה מלאכותית, אבל תחקרתי מומחים בנושאים האלה, והם מתפלאים לא פחות ממני. שאלתי חוקרים המעורבים בסטארט אפים שונים איך NISQ עשוי לשמש לאופטימיזציה של משימה מסובכת בעלת יישומים בעולם האמיתי. אם יורשה לי לפרש את תשובותיהם הנפתלות, הם אומרים כי מכיוון שאנחנו לא באמת מבינים איך למידת מכונה ובינה מלאכותית קלאסיות עובדות, ייתכן ש־NISQ יוכל לעשות זאת אפילו מהר יותר. אולי, אבל זוהי אופטימיות, לא אופטימיזציה.
ישנן הצעות לשימוש במחשבים קוונטיים בקנה מידה קטן לפיתוח תרופות, מכיוון שהם יוכלו לבצע חישובים מהירים של מבנה מולקולרי. זהו שימוש מתמיה, לאור כך שכימיה קוונטית היא חלק מזערי מהתהליך כולו. מתמיהות לא פחות הן הטענות שמחשבים קוונטיים יוכלו לעזור בקרוב בתחום הפיננסים. אין שום מאמר טכני שמוכיח באופן משכנע כיצד מחשבים קוונטיים קטנים, ומכונות NISQ על אחת כמה וכמה, יובילו לאופטימיזציה משמעותית במסחר אלגוריתמי או בהערכת סיכונים או בארביטראז' או בטרגוט וחיזוי או במסחר בנכסים או ביצירת פרופיל סיכונים. ואף על פי כן, כמה בנקי השקעות עלו על רכבת המחשוב הקוונטי.
למחשב קוונטי אמיתי יהיו יישומים שאנחנו אפילו לא מסוגלים לתפוש, בדיוק כמו שב־1947, כשיוצר הטרנזיסטור הראשון, אף אחד לא ידע שהוא יוביל בסופו של דבר לסמארטפונים ולמחשבים ניידים. אני בעד תקווה, ויש לי אמונה גדולה ביכולתו של המחשוב הקוונטי להפוך לטכנולוגיה משבשת, אבל הטענה שהוא יתחיל כבר בעתיד הקרוב לייצר רווחים של מיליוני דולרים עבור חברות פעילות המוכרות שירותים או מוצרים, היא משונה מאוד. איך בדיוק הוא יעשה את זה?
המחשוב הקוונטי הוא בלי שום ספק אחת ההתפתחויות החשובות ביותר, לא רק בפיזיקה אלא במדע כולו. אבל "שזירה" ו"סופרפוזיציה" אינן מטות קסם שאפשר לנופף בהם ולשנות את פני הטכנולוגיה בעתיד הנראה לעין. המכניקה הקוונטית היא אכן מוזרה ולא אינטואיטיבית, אבל זה בפני עצמו אינו מבטיח תשואה ורווח
לפני יותר מעשור נהגו לשאול אותי לעתים קרובות מתי לדעתי ייבנה מחשב קוונטי אמיתי (מעניין שכבר לא שואלים אותי את זה, כי רכבת היח"צ של המחשוב הקוונטי שכנעה כנראה את הקהל שהמערכות האלה קיימות, או מחכות לנו ממש מעבר לפינה). תשובתי החד משמעית הייתה שאני לא יודע. בלתי אפשרי לחזות את עתיד הטכנולוגיה – הוא מגיע כשהוא מגיע.
אסביר זאת באמצעות אנלוגיה לעבר. נדרשו לתעשיית התעופה יותר משישים שנה להגיע מהאחים רייט למטוסי סילון מסחריים המטיסים מאות נוסעים למרחק אלפי קילומטרים. השאלה הרלוונטית היא היכן אנו מציבים על ציר הזמן את המחשוב הקוונטי בשלב התפתחותו הנוכחי. אצל האחים רייט ב־1903? אצל מטוסי הסילון הראשונים בסביבות 1940? או שאולי אנחנו עדיין בראשית המאה השש עשרה, עם מכונת התעופה של לאונרדו דה וינצ'י? אני לא יודע. אף אחד לא יודע.
שנקר דאס שארמה הוא מנהל המרכז למחקר תיאורטי של חומר מעובה באוניברסיטת מרילנד, קולג' פארק
Copyright 2022 Technology Review, Inc.
Distributed by Tribune Content Agency, LLC