"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.

ההבטחה הגלומה במחשוב קוונטי – האצת תהליכי חישוב בתחומים כמו פיתוח תרופות, חומרים חדשים ופתרונות אנרגיה – נתקלת במכשול משמעותי:  רעש. מחשבים קוונטיים, בשל אופיים, רגישים לשגיאות, מה שמוביל לתוצאות חישוב בלתי אמינות ולמעשה חסרות משמעות."

כך אומרת פרופ' דורית אהרונוב, פרופסור למדעי המחשב בביה"ס להנדסה ולמדעי המחשב באונ' העברית בירושלים וממייסדי חברת קדמה חישובים קוונטיים (QEDMA). פרופ' אהרונוב תשתתף במפגש הסיליקון קלאב הקרוב שיתקיים בבית IBM בפתח תקווה (הרשמה למפגש).

כבר לפני 30 שנה, הציעו פרופ' אהרונוב בעבודת הדוקטורט שלה בהנחייתו של פרופ' מיכאל בן אור באוניברסיטה העברית פתרון תיאורטי לבעיית הרעש. עם זאת, פתרון זה, וגרסאות משוכללות שלו אשר אומצו על ידי חברות ענק כמו יבמ וגוגל, דורש משאבים רבים והגדלה משמעותית של מספר הקיוביטים במחשב הקוונטי הנדרשים לתקן את השגיאות.  

"הבעיה היא שמספר הקיוביטים המרבי היום במחשבים קונטיים הוא קטן- סדר גודל של כמה עשרות או מאות קיוביטים. 

מספרי הקיבויטים הולכים לגדול בשנים הקרובות אבל הגידול הזה צפוי להיות די איטי, הווה אומר שעם הפתרונות הקיימים לטיפול בשגיאות שהם מאוד יקרים מבחינת מספרי קיוביטים, ייקח הרבה מדי זמן עד שההבטחה הגדולה הטמונה במיחשוב קוונטי תתממש."

"חברת קדמה פיתחה תוכנה בשם "קסם" או באנגלית Qesem = quantum error suppression and error mitigation המתגברת על בעיית הרעש  באופן יעיל וחסר תקדים. התוכנה  מסירה את השפעות הרעש ומשחזרת את תוצאות החישוב ללא תקורה של קיוביטים, מה שישאיר יותר קיוביטים פנויים לחישוב עצמו ולכן יאפשר כבר למחשבים קוונטיים קטנים לבצע חישובים מסובכים בצורה מדויקת .

"התוכנה שלנו מקרבת אותנו משמעותית למימוש הפוטנציאל העצום של המחשוב הקוונטי", אומרת פרופ' אהרונוב. "קסם מאפשרת להשיג יתרון אלגוריתמי קוונטי כבר כיום,  באפליקציות  מסוימות,  ותקצר משמעותית את הזמן הנדרש להגעה לפתרונות בתחומים קריטיים."

בנוסף לפעילותה בחברת קדמה, פרופ' אהרונוב חוקרת באוניברסיטה את הפוטנציאל של מחשבים קוונטיים לפתרון בעיות חישוביות נוספות בעזרת אלגוריתמים קוונטיים חדשים, ואת הזווית החישובית שתחום החישוב הקוונטי מביא לחקר תופעות בפיזיקה קוונטית כגון השאלה כיצד מתרחש המעבר מהפיסיקה הקלאסית לפיזיקה הקוונטית.

הפוסט קסם קוונטי הופיע לראשונה ב-Chiportal.