בראיון בלעדי עם אליזבת רויטש (Elizabeth Ruetsch), מנהלת חטיבת פתרונות הנדסת קוונטים בחברת קיסייט טכנולוגיות (Keysight Technologies), היא מציגה הצצה והעמקה אל תוך אחד התחומים המרתקים והחמים היום בעולם הטכנולוגיה – מחשוב קוונטי. מה הם קוונטים, החשיבות של התחום המתפתח, היתרונות שיספק, הסיכונים, והפוטנציאל של התחום לבצע שיבוש נוסף משמעותי בעולם הטכנולוגיה ובעולם בכלל.
רויטש פעילה בעולמות תעשיית האלקטרוניקה למעלה מ-28 שנים – 22 מהן בתפקידי ניהול בחברות HP, Agilent וקיסייט. בתפקידה הנוכחי מתמקדת רויטש בעבודה עם ארגונים במגזרי התעופה והחלל, בטחון, אקדמיה, כמו גם במגזר העסקי, בפיתוח ואספקת פתרונות הדרושים ליצירת פריצות דרך בעולמות הקוונטים. רויטש נחשבת אחת המובילות את תחום הקוונטים ברמה העולמית, ופעילה בתחום המנטורינג של נשים בתחום.
קיסייט הינה ספקית של פתרונות ייעודיים לעולמות הקוונטים – בהם כלי מדידה, חומרה ותוכנה, לשיפור הביצועים, אופטימיזציה ואוטומציה של תהליכים הנוגעים למחקר ופיתוח של תשתיות מחשוב קוונטי. קיסייט ביצעה בשנים האחרונות השקעה מאסיבית בפיתוח פורטפוליו פתרונות לעולמות הקוונטים, וכחלק מכך ביצעה שלוש רכישות של חברות אשר התמחו בתחום: חברת Signadyne בשנת 2016, חברת Labber Quantum בשנת 2019, וחברת Quantum Benchmark בשנת 2021.
אליזבת רויטש, למה מתייחס המונח קוונטים?
המונח “קוונטים” – באנגלית Quantum – משמש מונח-על המתייחס לתחום מתפתח של טכנולוגיות הרותמות את פיסיקת הקוונטים כדי לפתח יכולות חדשות בתחומים מסורתיים יותר, דוגמת – מחשוב, תקשורת, חישה (סנסורים), תרופות, כימיה והנדסת חומרים.
במובן המילולי, המילה מתייחסת לחלקיק הקטן ביותר, או הישות הקטנה ביותר, במערכת הפיסיקאלית, ואשר אנו מתארים אותה באמצעות פיסיקת הקוונטים. הסיבה שיש לפיסיקאים נישה מחקרית נפרדת לעולם הקוונטים היא בשל היקפם יוצא הדופן בקטנותו של החלקיקים, והעובדה שחוקי הפיסיקה הקלאסית לא בהכרח מתקיימים לגביהם. למעשה, אנו מבחינים בהתנהגות מוזרה וחדשה שאין ביכולתנו להסביר אותה באמצעות הפיסיקה הקלאסית. תופעות דוגמת השראות בין חלקיקי קוונטים או קשרים מסובכים אחרים ביניהם, שנוצרים גם בין חלקיקי קוונטים רחוקים מאוד אחד מהשני, ועדיין הם משפיעים אחד על השני.
תמונה 2 :מעבדה לחקר הקוונטים (צילום באדיבות קיסייט)
מה ההבטחה מאחורי קוונטים? מדוע מדע הקוונטים חשוב?
ההבטחה של מדע הקוונטים היא ביכולת של תחום זה לדחוף את הגבולות של הפיסיקה הקלאסית. תלוי בהקשר של הדברים, מדע הקוונטים יכול להציע דרכים חדשות לחלוטין לעיבוד מידע, ויש לו פוטנציאל לעשות זאת מהר יותר, ובצורה יעילה יותר בניצול המשאבים. כך לדוגמא, זה יאפשר לנו לחשב חישובים שלא יכולנו לבצע בעבר, כמו התהוותם של חלבונים/פרוטאינים, או לחזות את ההתנהגות המורכבת של מערכות פיננסיות.
איפה נמצא הפוטנציאל של הקוונטים לייצר שיבוש (disruption)?
יש מספר תחומים בהם מדע הקוונטים יכול ברמת הפוטנציאל לייצר שיבוש. כמה מהתחומים הללו, וזו רק למטרת הדוגמא, הם:
- אופטימיזציה – מחשוב קוונטי יכול יהיה לנתח בעיות אופטימיזציה קשות בצורה מהירה, ולמעשה יאפשר לנו לפתור בעיות שכיום הן מחוץ לסקאלת הביצועים של עולם המחשוב.
- מחקר ובניית מודלים בתחומי הפארמה והכימיה – סימולציות מבוססות קוונטים יכולות לעזור לנו להבין כיצד מתגבשות מולקולות וחלבונים, ולהוביל לפריצות דרך בעולמות הכימיה, ביולוגיה, גילוי תרופות חדשות, ובריאות באופן כללי.
- הגנת סייבר – מחשב קוונטים חזק יוכל ברמת הפוטנציאל לפצח פרוטוקולי הצפנה הקיימים כיום המבוססים על פקטורינג של מספרים גדולים, דוגמת פרוטוקולי הצפנה מבוססי RSA. נכון להיום, לא קיים מחשב קלאסי או אלגוריתם שיכול לפצח פרוטוקולים אלו בתוך פרק זמן סביר. מחשוב קוונטי ייתן לנו את האפשרות לפתח שיטות הצפנה והגנת מידע חדשות לחלוטין.
מה התועלות של מחשוב קוונטי? מה הסיכונים האפשריים שיכולים להיות משוייכים לטכנולוגיה הזו?
מחשוב קוונטי מבטיח יעילות של כוח העיבוד. יכולות עיבוד מידע מהירות יותר פותחות אפשרויות לקדם תחומים דוגמת מחקר במדעי היסוד, אופטימיזציה, טכנולוגיית מידע (IT) ופארמה – ולעשות זאת למקומות שהם מעבר לכול החלומות האפשריים בשימוש במחשוב הקלאסי.
ישנם סיכונים חזויים בכול הנוגע לאבטחה – Security. קודם ראינו את הפוטנציאל הקיים בתחום אבטחת המידע, אולם ברמת התאוריה זה אפשרי שמחשב קוונטי גדול יוכל לפצח גם את ההצפנה של הסוכנות לביטחון לאומי האמריקאית (NSA). זהו אתגר משמעותי שאיתו צריך להתמודד כבר היום באמצעות יצירת פרוטוקולים לאבטחת מידע שיהיו חסינים לפיצוח הן על ידי מחשוב קלאסי והן על ידי מחשוב קוונטי.
הסיכונים הבלתי חזויים כרגע נוגעים בכך שיש עדיין הרבה אפליקציות ושימושים שלא ניתן כרגע אפילו לדמיין, ואשר יהיו תוצאה של מחשוב עוצמתי יותר. כך לדוגמא, היכולת של מחשוב קוונטי בעיבוד ביג דאטה יכולה להיות לה השלכות על פגיעה בפרטיות.
אולם אם נחזור לתועלות – הרי לנו דוגמא נוספת – בערך 1% מכלל צריכת האנרגיה בארה”ב משמשת לייצור של דשנים. התהליך הזה אינו יעיל בחלקו בגלל המורכבות של סימולציות התגובה הכימית ברמה של פיסיקת הקוונטים. מחשב מבוסס קוונטים יוכל לשמש לטובת סימולציה של תהליכים ביולוגיים-כימיים, בדרך זו להגדיל את יעילות התהליכים, ולהוביל לגישה ירוקה יותר של ייצור דשנים.
תמונה 1 :הדמיית חלקיק קוונטים (צילום: Karlis Reimanis on Unsplash)
מה צריך לקרות טכנית כדי להפוך את מחשוב הקוונטים מנישה למיינסטרים?
כרגע מגביל אותנו הצורך לשמור על יציבות לאורך זמן של מערכות מבוססות קוונטים, כמו גם היכולת שלנו לשלוט במערכות בצורה מדויקת. הרגישות הייחודית של מערכות קוונטים לסביבתן היא מה שעושה אותן כה עוצמתיות למטרות מחשוב, אך זה גם מה שעושה אותן כה קשות לשליטה. בשל כך, מחשבי קוונטים של ימינו הם קטנים מאוד – מכילים רק כמה עשרות של ביטים-קוונטיים, או קיוביטים Qubits – זאת בעוד מחשבים קלאסיים מכילים מאות מיליוני ביטים. התוצאה היא שהחישובים שאנו יכולים לבצע עם מערכות זעירות אלו יהיה באופן תדיר לא מדויק.
כדי לקחת את המחשוב הקוונטי מהנישה בו הוא מצוי כיום אל תוך המיינסטרים אנו צריכים ללמוד כיצד לבודד את מערכות הקוונטים בצורה טובה יותר מהסביבה שלהן, ובאותו הזמן גם כיצד לשלוט בהן כדי לקבל דרגת דיוק גבוהה הרבה יותר. אנו צריכים להפחית את היקף הטעויות שאנו רואים בתהליכי חישוב קוונטיים , ואז להגדיל את הסקייל של המערכות להיקף של מאות מיליוני קיוביטים.
כיצד ניתן להתגבר על אתגרים אלו?
אנו צריכים להתגבר על בעיית הטעויות של החישוב הקוונטי באמצעות שני דברים – האחד, חדשנות בתחומי הפיתוח של חומרה ותוכנה למחשוב קוונטי. יש לבצע מחקר נוסף כדי להבין את התהליך של הטעות במערכות קוונטיות, וכיצד לבנות חומרה שתהיה יותר עמידה בפני טעויות אלו. השני, שצריך להתבצע במקביל – יש צורך בפיתוח של תוכנה ודרכים ליישום אלגוריתמים, וזאת ככול שאנחנו מתקרבים לגבולות הפיסיים של יכולות ייצור צ’יפים.
כיצד מחשוב קוונטי ישפיע יחסי אדם-טכנולוגיה? כיצד זה ישפיע על חיי היומיום של אנשים?
זה נראה לא סביר שמחשבי קוונטים יגיעו לצרכן הביתי ויחליפו את המחשבים הקלאסיים. צריך לחשוב על מחשבי קוונטים בתור כלי מחקר, שיהיו בשימוש של חוקרים באקדמיה ובתעשייה. האופן שבו מחשוב קוונטי ישפיע על חיי היומיום של אנשים יהיה באמצעות פריצות דרך טכנולוגיות שיושגו במגזרים שציינתי קודם.
האם יכול להיות שרשת התקשורת האלחוטית 7G תהיה מבוססת מחשוב קוונטי?
ככול הנראה לא. בדרך כלל קוונטים לא מייצרים כוח מחשוב מהיר יותר, אלא כוח מחשוב יעיל יותר. לדוגמא, מחשב קלאסי יכול לחלק שני מספרים בצורה משמעותית מהירה יותר מאשר מחשב קוונטי. היתרון של המחשוב הקוונטי מגיע מהיעילות שלו. הציפייה להגדיל את מהירות רשת התקשורת באמצעות פנייה למחשוב קוונטי אינה ריאליסטית.
אליזבת רויטש, מנהלת חטיבת פתרונות הנדסת קוונטים בחברת Keysight. צילום באדיבות קיסייט
כיצד נראה לוח הזמנים לפיתוח המחשוב הקוונטי?
קשה לענות על השאלה הזו, שכן כלל לא בטוח שנמצא פתרונות לאתגרים שאנו חווים היום בתחום הקוונטים. אם המחקר והפיתוח יימשכו ויהיו מוצלחים, אזי נוכל לדבר על הבשלת הטכנולוגיה בטווח זמנים של 10 שנים. אולם אם נחווה אתגרים חדשים או שלא נמצא את הדרכים המתאימות להתגבר על ‘בעיית הטעות הקוונטית’, אזי ישנה האפשרות שלעולם לא נגיע ליעד. במקום זאת נפקס את המאמצים שלנו על יעדים ברי-השגה יותר, דוגמת פיתוח של סימולטורים קוונטיים לפתרון של בעיות ספציפיות – זאת בניגוד לבנייה של מחשבי קוונטים לפתרון של בעיות כלליות ופתוחות.
אילו איזורים של העולם רואה קיסייט כפעילים ביותר בעולם המחשוב הקוונטי?
אנו מאוד מתרגשים לראות וללוות סטארט אפים בתחום המחשוב הקוונטי, וזאת לצידן של ענקיות דוגמת IBM או גוגל, הבונות תשתיות מחשוב קוונטי חוצות עולם. אומנם מרבית הפעילות בתחום מתבצעת בצפון אמריקה, אולם אנו רואים יותר ויותר פעילות גם באירופה, אסיה ואוקיאניה. זה מדהים לראות שהתחום של מחשוב קוונטי הפך להיות יעד לפעולה עולמית, ואנו שמחים להיות חלק מהפעילות הזו.
ולסיום – חברות רבות עדיין מנסות למצוא את המודל להפקת הכנסות מטכנולוגיות משבשות דוגמת 5G או בינה מלאכותית ולימוד מכונה (AI/ML). מה יהיה הזמן הנכון ביותר ליישום של מחשוב קוונטי?
פוטנציאל ההכנסות ממחשוב קוונטי יהיה משלים לטכנולוגיות משבשות אחרות, וזה יבוא לידי ביטוי בחלקו בפוטנציאל שיציע התחום לבצע פריצות דרך במגוון של תחומים בתעשייה ובמחקר. אני מאמינה כי לאחר שהטכנולוגיה תהיה בשלה היא תיושם בהצלחה ותייצר הכנסות נכבדות בכול תעשייה שתהיה בעלת עניין בתחום.
