המחשוב עבר דרך ארוכה להפליא בעשורים האחרונים. אנו נמצאים בתוך מהפכה טכנולוגית, כאשר מכונות הופכות מתקדמות יותר משנה לשנה. לשתי המצאות מתקדמות במיוחד, מחשב העל והמחשב הקוונטי, יש המוני יישומים ופוטנציאל. אבל מה ההבדל בין מחשב-על למחשב קוונטי, ומה עדיף?
מהו מחשב על?
מחשבי-על הם מערכות ענקיות שיכולים להשתרע על פני חדרים שלמים בגודלם. מכונות אלה אינן נראות כמו המחשב השולחני או הנייד הרגיל שלך. במקום זאת, מחשבי-על מורכבים מקבוצות גדולות של מעבדים, כולם עובדים יחד כדי להשיג מטרה מסוימת.
מחשבי-על הופיעו לראשונה בשנות ה-60, עם הקמת ה-CDC (Control Data Corporation) 6600. זה נחשב למחשב העל הראשון שנבנה אי פעם והיה חזק פי עשרה מהמחשבים הסטנדרטיים באותה תקופה. אבל הדברים עברו דרך ארוכה מאוד מאז.
מחשבי העל של היום הם חזקים ביותר, בלשון המעטה. אבל, כמובן, כל זה יחסי. ה-CDC 6600 היה תופעה בתחום המחשוב, אבל היום לא יראו שום דבר מיוחד. אחרי הכל, לקח רק חצי עשור עד שה-CDC 7600 עלה עליו. אז, זכור זאת כאשר בוחנים את הכוח של מחשבי העל כיום.
כמו המחשב האישי שלך, מחשבי-על יכולים לעבד ולאחסן נתונים, אבל הולכים הרבה יותר מעבר לכך. מכונות אלו יכולות לבצע חישובים וסימולציות מורכבות להפליא שלעולם לא יכלו להשיג על ידי בני אדם או המחשבים שכולנו משתמשים בהם בחיי היומיום שלנו. הם יכולים גם לבצע במהירות תהליכים שלמחשב רגיל עשויים לקחת חודשים או שנים.
לדוגמה, מחשב-על מודרני יכול לחזות את התוצאה של פיצוץ גרעיני, לייצר מודלים מורכבים ביותר של המוח, ואפילו לבצע סימולציות של מקורות היקום. היכולות של מכונות אלה מעוררות מחשבה במידת מה והוכחו כמועילות במגוון תעשיות שונות.
אבל, בבסיסם, למחשבי-על יש את אותם ברגים וברגים כמו למחשבים רגילים. ההבדל הוא שהמחשבים האלה ענקיים ומורכבים מאלפי או מאות אלפים של מעבדים (יחידות עיבוד מרכזיות), ולכן יש כוח עיבוד גבוה בהרבה מהמחשב הרגיל שלך. למחשב שבו אתה משתמש מדי יום יש כנראה קומץ ליבות CPU, ולחלקן יש רק אחת. אז תארו לעצמכם מה ניתן היה להשיג אם כוחו היה מוגבר פי כמה וכמה.
מחשבי-על הם מרתקים אך יקרים להפליא לבנייה ולתחזוקה. אפשר להזרים מיליוני דולרים למחשב-על בודד, ונדרשות כמויות עצומות של כוח חשמלי כדי לשמור עליהם בפעולה.
ואפילו למכונות המתקדמות ביותר הללו יש את המגבלות שלהן. במיוחד, יכולות מחשבי העל מוגבלות לגודלם. מחשבי העל של היום הם כבר ענקיים ועולים הרבה כסף לתפעול. לכן, ככל שמחשב-על גדל, כך הוא מתייקר.
נוסף על כך, מחשבי העל מייצרים כמויות אדירות של חום שצריך להסיר כדי למנוע התחממות יתר. בסך הכל, השימוש במחשבי-על הוא תהליך מאוד יקר וממצה. בנוסף, יש כמה בעיות שמחשבי-על לא יכולים לפתור רק בגלל שהן מורכבות מדי.
עם זאת, שחקן חדש יחסית במשחק המחשוב יכול להכיל את היכולת להתעלות על מחשבי העל ולהשיג את מה שהם לא יכולים: מחשבים קוונטיים.
מהו מחשב קוונטי?
ה מושג מחשוב קוונטי עלה לראשונה בשנות ה-80. במהלך תקופה זו, חלוצים כמו ריצ'רד בניוף, ריצ'רד פיינמן ויורי מנין תרמו לפיתוח תורת המחשוב הקוונטי. אבל בנקודת זמן זו, מחשוב קוונטי היה רק רעיון ומעולם לא יושם בסביבה אמיתית.
18 שנים מאוחר יותר, ב-1998, יצרו אייזק צ'ואנג, ניל גרשנפלד ומארק קובינק את המחשב הקוונטי הראשון. מהירות העיבוד של המחשב הזה היא בסיסית בהשוואה למחשבי הקוונטים המתקדמים ביותר של ימינו, אבל הפיתוח של המכונה הראשונה מסוגה זו היה לא פחות ממהפכני.
כפי שניתן לראות בתמונה למעלה, מחשבים קוונטיים אינם נראים כמו מחשבים טיפוסיים. הסיבה לכך היא שהם פועלים בדרכים שונות בתכלית. בעוד שמחשבים ומחשבי-על משתמשים בקוד בינארי כדי לאחסן מידע, מחשבים קוונטיים משתמשים ביחידות זעירות הידועות כקיוביטים (או ביטים קוונטיים).
קוויביטים קטנים בצורה בלתי נתפסת. הם עשויים ממערכות קוונטיות קטנות עוד יותר, כמו פרוטונים ואלקטרונים, המרכיבים הבסיסיים של האטומים. מה שיפה בקיוביטים הוא שהם יכולים להתקיים במספר מצבים בו-זמנית. בואו נפרק את זה.
קוד בינארי זה בדיוק זה, בינארי. המשמעות היא שביטים יכולים להתקיים רק כאפס או כאחד, מה שיכול להגביל כשמדובר בביצוע תהליכים מתקדמים. מצד שני, קוויביטים יכולים להתקיים בו זמנית במספר מצבים, הידועים כסופרפוזיציה קוונטית. קוויביטים יכולים גם להשיג הסתבכות קוונטית, שבה זוגות של קיוביטים מתחברים זה לזה.
באמצעות סופרפוזיציה קוונטית, מחשבים קוונטיים יכולים לשקול תצורות קיוביט מרובות בבת אחת, מה שמקל בהרבה על פתרון בעיות מורכבות ביותר. ובאמצעות הסתבכות קוונטית, שני קיוביטים יכולים להתקיים באותו מצב ולהשפיע זה על זה בדרכים הניתנות לחיזוי מתמטית. זה תורם ליכולת העיבוד של מחשבים קוונטיים.
בסך הכל, היכולת לשקול מספר מצבים בו זמנית מעניקה למחשבים קוונטיים את פוטנציאל לפתור חישובים מורכבים ביותר ולהריץ סימולציות מתקדמות ביותר.
חברות שונות עובדות כיום על פיתוח מחשבים קוונטיים, ביניהן IBM וגוגל. לדוגמה, לפי מדען חדש, בשנת 2019, גוגל טענה כי המחשב הקוונטי שלה, Sycamore, עלה על מחשב העל ביכולותיו. גוגל הצהירה שבתוך 200 שניות, שקמה תוכל לפתור חישוב שייקח למחשב-על 10,000 שנים להשלים.
אבל רק שנתיים לאחר מכן, שוב, לפי מדען חדש, פותח בסין אלגוריתם לא קוונטי שאיפשר למחשבים רגילים לפתור אותה בעיה תוך שעות ספורות, כלומר מחשב-על בהחלט יוכל לפתור אותה, גַם.
אז, יש "אם" גדול תלוי על כל תחום המחשוב הקוונטי. הטכנולוגיה הזו עדיין מאוד בשלביה המוקדמים ויש עוד דרך ארוכה לעבור עד שניתן יהיה להסתמך עליה כחלופה למחשבי-על.
מחשבים קוונטיים קשים להפליא לבנייה ולתכנות ועדיין יש להם שיעורי שגיאה גבוהים. נוסף על כך, כוח העיבוד הנוכחי של מחשבים קוונטיים הופך אותם לבלתי מתאימים לחלוטין ליישומים טיפוסיים. כתוצאה מכך, יש הרבה כאבי גדילה שמחשוב קוונטי חייב לעבור לפני שיהפוך לטכנולוגיה אמינה ונפוצה.
מחשבי-על הם הבחירה לעת עתה
בעוד שלמחשבים קוונטיים יש פוטנציאל לעלות בהרבה על מחשבי-על, זה עדיין היפותטי במידה רבה. יום אחד, אנו עשויים לראות את המחשוב הקוונטי מתקדם עד לנקודה שבה מחשבי-על אינם נחוצים עוד. אין להכחיש שכבר נעשו התפתחויות עצומות בתחום הזה. אבל לעת עתה, מחשבים קוונטיים עדיין בשלבים הראשונים שלהם, וייתכן שיחלפו עשרות שנים עד שיהפכו למיינסטרים.
