"המיחשוב הקוונטי לא יקרה מחר. הוא קורה כבר היום". כך אמרה פרופ' דורית אהרונוב, ממייסדי קדמה פתרונות קוונטיים ומרצה באוניברסיטה העברית במסגרת פאנל במפגש פורום הסיליקון קלאב שהתקיים השבוע ועסק במיחשוב הקוונטי. המפגש התקיים בבית IBM בפתח תקווה בארגון חברת ASG. את הפאנל הנחה שלמה גרדמן מנכ"ל ASG והשתתפו בו גם אבי ויזל, שגריר מיחשוב קוונטי ביבמ ישראל וסרן אברהם ברבי, קצין מיחשוב קוונטי במפא"ת.

הטכנולוגיה הקוונטית נמצאת בתחילת דרכה ויש לה פוטנציאל עצום לשינוי תחומים רבים. ישנם אתגרים גדולים, אך גם התקדמות משמעותית בשנים האחרונות.  חשוב לשמור על אתיקה ולהיערך לאיומים פוטנציאליים. המומחים צופים כי הטכנולוגיה הקוונטית תהיה חלק משמעותי מהעתיד הקרוב.

גרדמן: האם מדובר פה באיזה הייפ, שפתאום מישהו בא והמציא תחום חדש, או שבאמת זה מה שהולך לקרות מחר ואנחנו נזנח את חוק מור, את פון נוימן ואת כל השיטות הסטנדרטיות כי הגיע השחקן החדש לשכונה?

פרופ' אהרונוב: "מחר זה לא יקרה. האמת היא שזה כבר קורה היום. ההתקדמות בשנתיים האחרונות בחומרה היא מדהימה. הגענו לשלב שבו איכות הקיוביטים והשערים השתפרה משמעותית."

"יש סף מסוים של איכות שערים שמאפשר תיקון שגיאות. כשעוברים את הסף הזה, ניתן לעבוד בצורה יותר מדויקת וללא שגיאות משמעותיות. מכאן ואילך, זו בעיה כמותית ולא איכותית. המטרה היא להגדיל את מספר הקיוביטים ולשפר את האיכות."

ויזל: "אנחנו (יבמ) בתחום הזה מ-2016. השאלה אם זה יהיה בעתיד או מחר בבוקר תלויה בהשקעות הגדולות של החברות בתחום. האקו-סיסטם של IBM הוא ענק, עם חברות גדולות וגופים בינלאומיים שמשקיעים סכומים גדולים בתחום. יש טכנולוגיות חישוביות קוונטיות שמבוצעות כבר היום. החברות לא היו משקיעות סתם אם זה לא היה כדאי ומשמעותי.

סרן ברבי: "אנחנו מאמינים בטכנולוגיה. בעבר התחום נתפס כסיכון גבוה, אבל כיום יש התקדמות רבה. אנחנו עובדים על הפיתוחים והיישומים כך שברגע שהמחשב יגיע, נדע איך לעבוד איתו."

"אנחנו מבינים שהפיתוח דורש זמן והסתגלות, כמו שהטלפון החכם של היום לא היה מובן לפני 50 שנה. יש פה מהפכה אמיתית בתחום, וצריך להבין את הפוטנציאל."

גרדמן: המחשב הקוונטי עולה מיליוני דולרים ודורש מקום עצום. כמה חברות יכולות להרשות לעצמן להחזיק מחשב כזה?

פרופ' אהרונוב: "אנחנו רואים שמחשבים כבר מצליחים עם עשרות ומאות קיוביטים ואלפי שערים. יש מחשבים שעובדים בצורה מאוד מדויקת, עם דיוק גבוה. השאלה של מספר הקיוביטים הלוגיים הנדרשים לפתרון בעיות קוונטיות חשובות היא שאלה של רעיונות ושל פיתוח אלגוריתמים. מספר הקיוביטים הפיזיים הנדרש תלוי בשאלה הזו."

ויזל: "לא כולם צריכים לקנות מחשב קוונטי . אפשר להשתמש בה כשירות דרך הענן. יש מדינות שכבר קנו מחשבים קוונטיים, כולל גרמניה ויפן. נמכרו כבר שבע או שמונה מכונות קוונטיות של IBM.

גרדמן: איך אתם מתקנים שגיאות בצורה שתאפשר למכונות קוונטיות לעבוד כראוי?

פרופ' אהרונוב: "פיתחנו תוכנה שלוקחת מעגל קוונטי, מחלקת אותו למעגלים קטנים יותר שמריצים על מחשב קוונטי רעשני, ואז מבצעת עיבוד על התוצאות כדי לתת תשובה נכונה. אנחנו יודעים להקטין את השגיאות בשערים ולשפר את האמינות שלהם."

"התוכנה שלנו מספקת הכפלה של גודל החישוב שאפשר להריץ, בעזרת תיקון שגיאות והפחתת רעשים.

גרדמן: האם IBM עובדת עם חברות צעירות כדי לבנות תעשייה קוונטית רחבה יותר?

ויזל: " IBM תמיד מחפשת שותפויות ומאמינה באקוסיסטם רחב. אנחנו עובדים עם חברות רבות בעולם ומשתפים ידע עם גופים גדולים וקטנים. השותפויות האלה מובילות לפיתוחים מעניינים ומגוונים."

שאלה לסרן ברבי: האם אתם בצבא מפתחים טכנולוגיות קוונטיות או משתמשים בפיתוחים אזרחיים?

ברבי: "רוב הפיתוחים נעשים על ידי חברות באקוסיסטם הישראלי והבינלאומי. אנחנו עובדים עם התעשיות הביטחוניות והאזרחיות לשימוש בטכנולוגיות קוונטיות לצרכים צבאיים. – יש לנו מחקרים תשתיתיים ומחקרים יישומיים לקידום הטכנולוגיה ולהבנת הישומים הצבאיים שלה. המטרה היא לפתח יכולות ולהיות בחזית הטכנולוגיה גם בתחומים האסטרטגיים.

גרדמן שואל את פרופ' אהרונוב: מהם היישומים המרכזיים שאת חושבת שהקוונטום יעזור לקדם?

פרופ' אהרונוב: "ישנם יישומים פיזיקליים כמו למידת מולקולות, סימולציות של מערכות פיזיקליות ותכנון חומרים. השימוש הקרוב ביותר הוא למידת מולקולות ועבודה עם מולקולות קיימות, כמו גליום ארסנייד וסיליקון. אפשרויות נוספות כוללות תכנון בטריות, פתרונות למשבר האקלים, לרבות לכידת פחמן."

גרדמן: איך מתכנתים מחשב קוונטי ומה הקושי בכך?

פרופ' אהרונוב: "יש מעט הבנה לגבי תכנות מחשבים קוונטיים. יש מספר סוגי אלגוריתמים קלאסיים שמכירים, אך התחום עדיין מתפתח. חישוב קוונטי כולל מספר אקספוננציאלי של מסלולי חישוב שעובדים במקביל. הטריק הוא לתכנן אותם כך שיעשו התאבכות בונה. – אנחנו עדיין בתחילת הדרך, אך עובדים על פיתוח אלגוריתמים וכלים שיעזרו לתכנת מחשבים קוונטיים".

גרדמן: האם אין פה סכנה של שימוש לרעה בטכנולוגיה, ושייתכנו בעיות כמו פשעי מחשב ודברים אחרים?

ויזל: "נושא פיצוח ה-RSA, התמודדות עם מספר ראשוני או פקטוריזציה, הוא איום קיים. מערכות ישנות עלולות להיפגע. יש ארגונים בעולם שמתכוננים לאיומים האלה ומטמיעים אלגוריתמים קוונטיים חדשים. טכנולוגיה חדשה מביאה אפשרויות רבות, אך חשוב להקפיד על אתיקה. חשוב להיערך לשמירה על בטיחות ואבטחה."

גרדמן: מהו הסטטוס של חיישנים קוונטיים ומהם השימושים האפשריים בהם?

סרן ברבי: "חיישנים קוונטיים משתמשים בקיוביטים לצורך מדידות מדויקות של גדלים פיזיקליים. החיישנים האלה יותר שלמים כיום מהחישוב הקוונטי. – היתרון של החיישנים הקוונטיים הוא בדיוק המדידה שלהם, והם כבר בשימוש בתחומים שונים. החישה הקוונטית מתקדמת מאוד ויש לה יישומים רבים במערכות פיזיקליות ומדעיות.

שאלה מהקהל: איך מתכנתים את המחשבים הקוונטיים?

פרופ' אהרונוב: "פיתוח התוכנה הקוונטית הוא תחום מורכב מאוד. מדובר בפיתוח אלגוריתמים ייחודיים לחישוב קוונטי.

התכנות הקוונטי כולל את פיתוח האלגוריתמים ואת השימוש בתוכנות שמבצעות חישובים קוונטיים, תוך טיפול בבעיות חומרה. פיתוח התוכנה מאפשר לנו לחסוך בעיות רבות של החומרה בעזרת שיטות מתקדמות, כמו תיקון שגיאות קוונטי.

שאלה מהקהל: איך ניתן להשתמש בטכנולוגיה הקוונטית לסימולציה של העולם הפיזיקלי?

סרן ברבי: "חיישנים קוונטיים מאפשרים מדידות מדויקות של גדלים פיזיקליים ומאפשרים חישה קוונטית. החיישנים מתקדמים מאוד ויש להם יישומים רבים במערכות פיזיקליות ומדעיות. "מחשבים קוונטיים יכולים לבצע חישובים סטטיסטיים סופר-מסובכים במהירות ובדיוק רב, ולתת תשובות קרובות למציאות הפיזיקלית."

הפוסט "המיחשוב הקוונטי לא יקרה מחר. הוא קורה כבר היום" הופיע לראשונה ב-Chiportal.

"מנהלי מיחשוב ו-CTO צריכים להיות מודאגים מהשבירה הקרובה של אמצעי ההצפנה בידי מחשבים קוונטיים". כך אומר אבי ויזל, מנהל אקוסיסטם הענן ב-IBM ישראל, בראיון לCHIPORTAL  לקראת מפגש פורום הסיליקון קלאב שיתקיים ב-1 ביולי בבית IBM בפתח תקווה, ואשר יעסוק באתגרי המיחשוב הקוונטי. (הרשמה למפגש).

"IBM מובילה את תחום המחשוב הקוונטי, הן בצד החומרה והן בצד התוכנה. החברה מקיימת שיתופי פעולה עם קבוצות מחקר ברחבי העולם ועם חברות סטארט-אפ וחברות גדולות אחרות בכל הקשור לאקוסיסטם של המיחשוב הקוונטי. מחשוב קוונטי מבוסס על עקרונות מכניקת הקוונטים, ומאפשר ביצוע חישובים מקבילים במהירות גבוהה מאוד. עקרונות אלה מנוצלים לפיתוח מעבדים קוונטיים המסוגלים לבצע חישובים מורכבים בזמן קצר, דבר שמאפשר ביצועים יוצאי דופן בהשוואה למחשבים קלאסיים. אחד החישובים הללו הוא ההצפנה, כלומר היכולת של מחשבים קוונטיים שממש בקרוב יהיו מספיק חזקים לביצוע של אלגוריתמים שיהפכו את ההצפנה החזקה ביותר כיום לבלתי רלוונטית.

ויזל ציטט שני אלגוריתמים כאלה שיישומים במחשבים קוונטיים חזקים ימוטט את ההצפנון. אלגוריתם שור, שפותח על ידי פיטר שור בשנת 1994, הוא אחד האלגוריתמים החשובים ביותר במחשוב קוונטי. האלגוריתם נועד לפירוק מספרים שלמים לגורמים ראשוניים בצורה יעילה מאוד. המשמעות היא שהאלגוריתם יכול לפרוץ הצפנות כגון RSA, אשר מבוססות על הקושי שבפירוק מספרים גדולים לגורמים. טכנית, אלגוריתם שור מנצל את יכולות הסופרפוזיציה והשזירה הקוונטית כדי לבדוק מספר רב של אפשרויות בו-זמנית, ובכך מצמצם את הזמן הדרוש לפירוק המספרים.

האלגוריתם השני הוא אלגוריתם גרובר, שפותח על ידי לייב גרובר בשנת 1996, נועד לחיפוש ברשימה בלתי ממוינת. האלגוריתם מפחית את הזמן הדרוש לחיפוש פריט מסוים לחלקיק מהזמן הדרוש כיום. טכנית, האלגוריתם מנצל את תכונת הסופרפוזיציה של מחשבים קוונטיים כדי לחפש במקביל פריטים ברשימה גדולה. שימושיו של אלגוריתם גרובר נרחבים וכוללים תחומים כמו בינה מלאכותית ואופטימיזציה, בהם יש צורך בחיפוש יעיל ומהיר, וכמובן גם סוגים רבים של הצפנות יפוצחו בעזרת אלגוריתמים אלה.

ויזל יציג במפגש גם את הפתרונות של IBM להגנה מפני התקפות קוונטיות. ה-NIST (המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בארה"ב) קבע ארבעה אלגוריתמים שאמורים להיות מסוגלים להגן על מערכות ארגוניות מפני התקפות קוונטיות עתידיות. שלושה מתוך ארבעת האלגוריתמים המומלצים הם פתרונות של IBM. "הפתרון של IBM מתמקד בחיזוק התשתיות והסביבות המחשוביות הקיימות בארגונים, בעזרת האלגוריתמים הקוונטיים, מהסטאק ועד רמת התוכנה." מסביר ויזל.

אתגרי האבטחה ולמה כדאי לשתף פעולה

ויזל הדגיש את חשיבות המודעות לאיומים הקוונטיים בקרב מקבלי ההחלטות בארגונים. מחקר שנעשה בארה"ב מראה כי עד סוף 2026, אחד מתוך שלושה ארגונים ייפגע מהתקפות קוונטיות, ועד 2031, אחד מכל שני ארגונים ייפגע. ההתקפות כוללות הרס נתונים, מעקב אחר דטה ושיבוש המידע בארגון. ויזל מציין שהפתרון הוא במודעות ולמידת הטכנולוגיה, על מנת להיערך כראוי לעידן הקוונטי.

ישראל חשובה לאקוסיסטם של המיחשוב הקוונטי.

ויזל מדגיש את החשיבות של שיתופי פעולה בין חברות טכנולוגיה, סטרטאפים ואקדמיה ליצירת אקוסיסטם חזק. "בישראל ישנן מספר חברות מובילות בתחום המחשוב הקוונטי, כמו קדמה, קלאסיק וקוונטום מאשינס, אשר תורמות רבות לקהילה העולמית בתחום זה. שיתופי פעולה אלה יאפשרו לישראל להוביל בעידן החדש של מחשוב קוונטי ולהתמודד עם האתגרים שהוא מביא עמו."

הפוסט "מנהלי מיחשוב ו-CTO צריכים להיות מודאגים מהשבירה הקרובה של אמצעי ההצפנה בידי מחשבים קוונטיים" הופיע לראשונה ב-Chiportal.