מחשוב קוונטי: המדריך הגדול לטכנולוגיה שמנסה לפתור את מה שהמחשב הרגיל מוותר עליו

במשך שמונים שנה המחשוב התקדם באותו כיוון: להקטין את הרכיב, לדחוס יותר טרנזיסטורים על שבב ולהריץ יותר פעולות בשנייה. המחשוב הקוונטי הולך לכיוון שונה לגמרי. במקום לשפר את המכונה הקיימת, הוא מחליף את יחידת המידע הבסיסית שלה ומנסה לרתום התנהגות של חלקיקים לפתרון בעיות שמחשב רגיל מוותר עליהן מראש.

ההבדל הזה מסביר גם את ההתלהבות וגם את הזהירות. טכנולוגיה שמבטיחה לשנות כימיה, פיתוח תרופות, חומרים והצפנה מושכת הון עצום, אבל היא עדיין נמצאת בשלב שבו כל מכונה כזו זקוקה לתנאים קיצוניים ולצוות שלם שישמור עליה יציבה לאורך שניות ספורות.

הביט הפך לקיוביט

מחשב רגיל עובד עם ביטים. כל ביט מחזיק ערך יחיד בכל רגע, אפס או אחת, וכל חישוב הוא רצף עצום של פעולות פשוטות על ערכים כאלה. המחשב הקוונטי עובד עם קיוביט, יחידת מידע שמתנהגת לפי חוקי מכניקת הקוונטים.

קיוביט מסוגל להחזיק שילוב של שני המצבים בו זמנית, מצב שנקרא סופרפוזיציה. שני קיוביטים מייצגים ארבעה שילובים, שלושה מייצגים שמונה, וכל קיוביט נוסף מכפיל את המרחב. חמישים קיוביטים כבר מייצגים יותר ממיליון מיליארד שילובים אפשריים, וזהו המקור לכוח התאורטי של המכונה.

כאן גם נולדות רוב אי ההבנות. המחשב אכן מחזיק את כל האפשרויות יחד, אבל המדידה בסוף התהליך מחזירה תשובה אחת. האומנות היא לבנות אלגוריתם שמכוון את ההסתברויות כך שהתשובה הנכונה תצא החוצה בסבירות גבוהה, וזו הסיבה שהתחום נשען על מתמטיקה ולא על עוצמת חומרה גרידא.

שזירה: הכלי שמחבר בין הקיוביטים

התכונה השנייה נקראת שזירה. שני קיוביטים שזורים מתנהגים כמערכת אחת, וכל פעולה על אחד מהם משפיעה מיד על מצב השני. זה מה שמאפשר למכונה לייצג קשרים מורכבים בין משתנים רבים, במקום לחשב כל משתנה בנפרד ולחבר את התוצאות.

בעיות כמו התנהגות של מולקולה, מבנה של חומר חדש או תכנון רשת לוגיסטית ענקית בנויות בדיוק כך: מספר עצום של גורמים שמשפיעים זה על זה בו זמנית. מחשב רגיל נאלץ לפשט אותן ומגיע לקירוב. מחשב קוונטי מנסה לייצג אותן כפי שהן.

האויב הגדול הוא רעש

הקושי מתחיל בכך שהמצבים האלה שבירים. כל רטט, שדה מגנטי או שינוי טמפרטורה גורם לקיוביט לאבד את המידע שהוא מחזיק, תופעה שנקראת דה-קוהרנטיות. מכאן מגיעות המכונות הנוצצות שמצטלמות במעבדות: מערכות קירור מדורגות שמורידות את הקיוביטים לטמפרטורה של מילי-קלווין בודדים, קרה מהחלל הבין-כוכבי.

הקירור עצמו הפך למחסום הנדסי מרכזי. ככל שמוסיפים קיוביטים נדרשים יותר חיווט ויותר הספק קירור, וזה מגביל את גודל המערכת. IBM הציגה השנה מהלך בכיוון הזה, אחרי שפתרה בעיית קירור שעצרה את הדרך למחשבים גדולים.

• הכנסות קוונטום קומפיוטינג זינקו פי 90 - אבל כמעט כל הצמיחה הגיעה מרכישות
• דוח ראשון מאז ההנפקה: קוונטינום גדלה פי 4 וחותמת עם אורקל

חמש דרכים לבנות קיוביט

בענף שוררת מחלוקת על הדרך הנכונה. גוגל ו-IBM נשענות על מעגלים על-מוליכים, שבבים שמקוררים לטמפרטורות קיצוניות ומתנהגים כאטומים מלאכותיים. קוונטינום ו-IonQ עובדות עם יונים לכודים, אטומים טעונים שמוחזקים במלכודת חשמלית ומנוהלים בקרני לייזר. חברות אחרות בונות קיוביטים מפוטונים, מאטומים ניטרליים או מנקודות קוונטיות בסיליקון.

לכל גישה יש מחיר. יונים לכודים מדויקים מאוד אבל איטיים יחסית. מעגלים על-מוליכים מהירים אבל רגישים במיוחד לרעש. פוטונים פועלים בטמפרטורת החדר אבל קשים לשליטה ולניתוב. הפער הזה מסביר למה קשה להשוות בין הצהרות של חברות שונות, ולמה מספר הקיוביטים לבדו מספר מעט מאוד.

הפער בין קיוביט פיזי לקיוביט לוגי

המספר שבאמת קובע הוא הקיוביט הלוגי. מכיוון שכל קיוביט פיזי טועה בשיעור גבוה יחסית, הענף מקבץ עשרות ולעיתים מאות קיוביטים פיזיים כדי לייצר קיוביט לוגי יציב אחד, שעליו אפשר להריץ חישוב ארוך בלי שהתוצאה תתפרק באמצע.

מכאן ההבדל העצום בין הכרזה על מכונה עם אלף קיוביטים לבין מכונה שמסוגלת להריץ אלגוריתם שימושי מקצה לקצה. גם בישראל מתמודדים עם הצוואר הזה, וסטארטאפ שיצא ממכון ויצמן מכוון לאלף קיוביטים בגישה שמנסה לעקוף אותו.

• האקרים השתמשו ב־Cursor כדי לפרוץ לשבע חברות - כך עקפו את מנגנוני ההגנה
• הישראלי שמרד באלטמן בדרך לחשוף את מודל ה-AI העצמאי שלו

איפה זה כבר מייצר ערך

בשלב הנוכחי המחשוב הקוונטי מועיל בעיקר בסימולציה של מערכות שהן עצמן קוונטיות: מולקולות, חומרים וקטליזטורים. שם היתרון טבעי, מפני שהמכונה מדברת באותה שפה של הבעיה. תחומים נוספים שנבחנים הם אופטימיזציה, מידול סיכונים פיננסיים ולמידת מכונה, אם כי שם היתרון על מחשב רגיל עדיין שנוי במחלוקת.

התחום הרגיש ביותר הוא הצפנה. אלגוריתם מוכר בשם שור מסוגל בתאוריה לפרק את השיטות שמגנות היום על תקשורת, על בנקאות ועל נכסים דיגיטליים. המכונות הקיימות רחוקות מהיכולת הזו, אבל התעשייה כבר עוברת לתקני הצפנה עמידים בפני קוונטים, מתוך הנחה שמידע שנאסף היום יפוענח בעוד עשור.

הצד הכלכלי

ההשקעה בתחום מגיעה משלושה כיוונים: ענקיות טכנולוגיה שמפתחות בבית, ממשלות שמזרימות תקציבים ביטחוניים ומחקריים, ושוק ההון שמתמחר חברות צעירות לפי הפוטנציאל. הפער בין ההכנסות בפועל לשווי השוק גדול מאוד, ובוול סטריט סימנו את 2026 כשנת המפנה בסקטור.

עבור משקיע ההבחנה המרכזית היא בין חברות שמוכרות מכונות ושירותי ענן קוונטי לבין חברות שמספקות את התשתית סביבן: בקרה, קירור, לייזרים, שבבים ותוכנה. הקבוצה השנייה מוכרת כבר היום גם למי שעדיין מנסה לבנות את המחשב עצמו, ולכן ההכנסות שלה פחות תלויות בשאלה מי ינצח במרוץ.

הזמן שיידרש עד למכונה שמחליפה חישוב מסחרי רגיל נשאר המשתנה העיקרי. ההערכות בענף נעות בין סוף העשור הנוכחי לבין העשור הבא, וההפרש בין שתי ההנחות משנה לגמרי את התמחור הסביר של החברות הציבוריות בתחום.