בתחילת השבוע התמלאו האתרים המדעיים ברחבי העולם בידיעות על פריצת הדרך האחרונה של ענקית המחשוב IBM בפרויקט Q, אחד הפרויקטים השאפתניים שהיא וענקיות טכנולוגיה אחרות מנסות לפצח במרוץ שמזכיר במידה מסוימת את המרוץ לחלל בשנות ה־60. וכמו המרוץ לחלל, גם הפרויקט הזה עשוי להיות פריצת הדרך לעולם חדש לגמרי.

הכירו את המחשב הקוונטי (ומכאן, פרויקט Q). זהו מחשב־העל העתידי שיזניק באלפי מונים את יכולות החישוב של המחשבים בני ימינו.

עולם המחשבים של היום מבוסס על טרנזיסטורים, מעין מתגי הפעלה שפותחו לפני כ־70 שנה. לכל טרנזיסטור יש שני מצבים — אפס או אחד, פתוח או סגור. הטרנזיסטור מייצר את יחידת החישוב הבסיסית, שנקראת ביט. ככל שיש יותר טרנזיסטורים בכל מעגל, כך גדל כוח החישוב: שני טרנזיסטורים יגדילו את כוח החישוב פי 2, שלושה פי 3 וכן הלאה.

לאורך השנים הצליחו חברות הטכנולוגיה להוסיף עוד ועוד טרנזיסטורים למעגלים המודפסים שעומדים בבסיסם של המחשבים, ובד בבד להקטין את גודלם.

אלא שלצמיחה הזו יש גבול פיזי, שהרי אי אפשר לייצר טרנזיסטור שקטן מאטום, ולמעשה אנחנו קרובים אליו מאוד.

למרות העוצמה הגבוהה של כוח המחשוב שאנחנו פוגשים היום במחשב הביתי ובסמארטפונים, יש בעיות שהמחשבים לא יכולים לפתור. הדוגמה הנפוצה ביותר לכך מגיעה מעולם ההצפנה ומהשיטה שנקראת RSA. השיטה הזו דורשת פירוק של מספר שמכיל מספר רב של ספרות, לשני המספרים הראשוניים שמרכיבים אותו. את המספר 15 קל לפרק לספרות 5 ו־3, גם בלי להזדקק למחשב, אבל תחשבו על מספר בן 500 ספרות ויותר. מסתבר שלא רק המוח האנושי לא מסוגל לכך, אלא גם המחשבים של היום יידרשו למאות שנים כדי לפצח הצפנה שכזו. היחיד שיכול לעשות זאת הוא מי שיש בידיו את שני המספרים שמהם הורכב הקוד של ההצפנה מלכתחילה.

כדי לפתור בעיות מסוג זה נדרש כוח מחשוב חזק בהרבה מזה שחוקי הפיזיקה הישנים הצליחו לייצר. כאן נכנסת לתמונה תורת הקוונטים, שעירערה את יסודות הפיזיקה הישנה. "תורת הקוונטים מאפשרת לביט, שבפיזיקה הישנה היה במצב של אפס או אחד, להיות בו־זמנית בשני המצבים", מסביר פרופ' עדי שטרן ממכון ויצמן למדע. "אם נשים שני ביטים כאלו יחדיו הם יוכלו להיות בארבעה מצבים בו זמנית. אם נצרף אליהם ביט נוסף, מספר הצירופים כבר יגדל ל־8 ובמחשב של 10 ביטים, הם כבר יהיו ב־1024 מצבים בו זמנית".

כלומר, אם כיום הביטים במחשב מגדילים את כוח החישוב בקו ישר בהתאם למספרם, הקיוביטים, כמו שהם נקראים במחשב הקוונטי, מגדילים את יכולת המחשוב בקו מעריכי (הולך ועולה).

הבסיס לכל זה הוא כאמור תורת הקוונטים, שטוענת שכל חלקיק בטבע יכול להיות בו־זמנית במספר מצבים (סופר־פוזיציה). למרות שזה נשמע כמו מדע בדיוני, לדברי שטרן, "זו אמת מוצקה שיש לה הוכחות ושימושים רבים בכימיה ובפיזיקה".

אולם הדרך מכאן ועד ליצירת מחשב קוונטי אינה קלה. כדי לאפשר לאותם קיוביטים להיות בו־זמנית בשני המצבים של אפס ואחד צריך לייצר סביבה "סטרילית" ומבודדת, כך "שלא ישאירו אחריהם עקבות וייתפסו על חם", לדברי שטרן. כדי לנסות ולפשט את זה, חשבו על אדם שהגיע מנקודה א' לנקודה ב', כשבין הנקודות יש שתי דרכים אפשריות. אם אתם נמצאים בנקודה ב' ואינכם יודעים באיזו דרך הגיע אותו אדם, מבחינתכם הוא היה בשתי הדרכים בו־זמנית. אם הוא השאיר אחריו "עקבות" באחת משתי הדרכים, המצב הזה כבר לא מתקיים.

בגלל המורכבות הזו, המחשבים הקוונטים שכבר קיימים היום פועלים בתנאים מיוחדים. ד"ר יהודה נוה, מוביל תחום המחשוב הקוונטי במעבדת המחקר של IBM בחיפה, מסביר כי בתוך המחשב יש "ואקום מאוד גדול וטמפרטורה מאוד נמוכה".

העבודה על המחשב הקוונטי מתמקדת בשני מישורים: האחד, הגדלת מספר הקיוביטים בכל מחשב (IBM דיווחה על מחשב עם 50 קיוביטים) והקטנת הסבירות לטעות של המחשב (נוה הוא חלק מהצוות שעובד על אימות החומרה של המחשב). עד כמה הוא יותר מהיר מהמחשבים שאנחנו מכירים? מחשב קוונטי אחד יכול להחליף חווה של מחשבי־על שיש רק למדינות כמו ארה"ב לצרכים ממשלתיים וביטחוניים, טוען נוה.

מחשב כזה כבר מייצר מציאות אחרת. אחד השימושים העתידיים למחשבים קוונטיים, לפי IBM, הוא הרצת סימולציות על מולקולות כדי לבחון את השפעתן על מולקולות אחרות. כך יוכלו לפתח במהירות רבה יותר תרופות או חומרים חדשים.

למחשב הקוונטי יש בשורה גם לעולם העסקי עם שימושים עתידיים בניהול משימות לוגיסטיקה מורכבות או בניית מודלים חדשים לניהול כספים תוך זיהוי גורמי סיכון שיאפשרו החלטות משופרות. ועוד לא הזכרנו את תחומי הבינה המלאכותית, המכונה הלומדת ואבטחת הענן.

ב־IBM מאפשרים כבר היום שימוש לצורכי מחקר במחשב שפיתחו. על פי ההערכות, בשנים הקרובות ייכנסו המחשבים הקוונטיים גם לשימושים מסחריים. פרופ' שטרן ממכון ויצמן מצנן מעט את ההתלהבות: "לא ניתן היום לעשות חישוב קוונטי טהור לאורך זמן ארוך. המחשב לא יחזיק את עצמו על פרק זמן מאוד ארוך וזה המכשול הגדול שהמחקר היום מנסה לפתור".

כתוצאה מכך, לדברי שטרן, במחשב הקוונטי הנוכחי לא ניתן לבצע חישובים מורכבים מאלו שניתן לעשות במחשב הקלאסי. אבל הוא אופטימי: "בכל שנייה מיוצר בעולם טרנזיסטור אחד לכל אדם על כדור הארץ וזה הושג ב־70 שנה מאז שהומצא הטרנזיסטור. אף אחד לא חזה את ההתפוצצות הזו, אז בהחלט סביר שמחשוב קוונטי רב־עוצמה יתגשם בטווח זמן של שנים ועוד בתקופת חיינו".