במרוץ מול ארה"ב, סין בונה על זינוק ענק בטכנולגיית המחשוב

סין עושה צעדים גדולים במאמציה להצטרף לארה"ב כמובילה בתחום המחשוב הקוונטי, טכנולוגיה מבטיחה אך חמקמקה שיכולה יום אחד לתת חיזוק אדיר למחקר המדעי ולשנות את פניהן של תעשיות עתירות דאטה החל מפיננסים וייצור תרופות ועד לוגיסטיקה ואנרגיה ירוקה.

באידו (Baidu), חלוצת אינטרנט סינית הידועה בעקבות מנוע החיפוש שלה הדומה לגוגל, הודיעה בסוף אוגוסט שבנתה גרסה משלה של מחשב קוונטים, מכשיר ניסיוני שמנצל את המאפיינים של פיזיקה קוונטית כדי לבצע חישובים במהירות הרבה יותר גבוהה מהמהירות של מחשבים אלקטרוניים רגילים.

ההתקדמות של באידו דומה להתפתחויות דומות בשנים האחרונות בחברות IBM, גוגל מביל אלפאבת וחברות אחרות בארה"ב, שנחשבת באופן כללי למובילה העולמית במחקר על מחשוב קוונטי.

באידו הודיעה שהמחשב החדש שלה - שילוב של לוחות מתכת וכבלים שנראה קצת כמו נברשת ענקית - יהיה זמין בחינם דרך אתר ואפליקציה לחוקרים, מהנדסים ואפילו ילדים בבתי ספר. חברות אמריקאיות, כולל IBM וגוגל, גם הן מחזיקות אתרים המספקים גישה למחשבים הקוונטיים שלהן.

"הוא ישמש כבסיס לאנשים ללמוד עוד על הטכנולוגיה", אמרה איבון גאו, עוזרת מחקר במרכז לטכנולוגיה קוונטית באוניברסיטה הלאומית של סינגפור, על קיאן שי, שמו של המחשב החדש, שמשמעותו "השמיים הם מקור הכל" במנדרינית. "הוא בהחלט שימושי להגברת החדשנות בכיוון הזה".

פתרון בתוך שניות לבעיות שמחשבי על פותרים באלפי או אפילו מיליוני שנים

השאלה אם מחשבים קוונטים אי פעם ייצאו מהמעבדות לשימוש מסחרי נרחב נותרת פתוחה בקהילייה המדעית. אבל הוכחות מתמטיות מצביעות על כך שמחשבים קוונטיים יוכלו לפתור בתוך שניות בעיות מסוימות שהיה לוקח אפילו למחשבי העל המהירים ביותר אלפי או מיליוני שנים לפתור.

מחשבים קוונטיים משיגים את המהירות יוצאת הדופן שלהם מביטים קוונטיים, או מה שמכונים קיוביטס (qubits) במקום האפסים והאחדים המשמשים לייצוג מידע במחשבים רגילים.

ביטים, כפי שהאפסים והאחדים האלה מוכרים, יכולים להיות בעלי ערך אחד בלבד. אבל קיוביטס - המקודדים בחלקיקים תת־אטומיים ואטומיים כולל אלקטרונים, פוטונים ויונים - יכולים להתקיים כאפס וכאחד באותו זמן. התופעה הזו, המוכרת כסופרפוזיציה, הופכת קיוביטס למאוד יעילים לניהול חישובים מסוימים, כמו החישובים הנחוצים לעשיית סימולציה של העולם האמיתי או לאופטימיזציה של רכישות עסקיות.

קיוביטס מיוחדים גם בגלל יכולתם להיכנס לשזירה קוונטית, מצב בו שני חלקיקים, למרות שהם לא קרובים, ישקפו זה את פעולתו של זה כאילו היו קשורים. ניתן לנצל מאפיין זה כדי לתאם חישובים. ביום רביעי שלושה פיזיקאים שאישרו את קיום תופעת השזירה קיבלו על הגילוי את פרס נובל בפיזיקה.

האתגר הגדול היה להבין איך לשלוט בתכונות האלה. תכנות קיוביטס למצבים הנכונים הצריך מערכת שמסוגלת לעשות איתם אינטראקציה. אבל שמירתם במצבים האלה מספיק זמן לביצוע חישובים מצריכה בדיוק את ההיפך: בידוד מוחלט שלהם מחלקיקים אחרים שעלולים לגרום לקיוביטס לאבד את המידע המקודד עליהם.

"זה פרדוקס הפיתוח הגדול", אמר סטיבן גירבין, מרצה לפיזיקה באוניברסיטת ייל.

מחשבים קוונטיים עשויים להיות גם סכנה מודיעינית וביטחונית

אם החוקרים יצליחו, מחשבים קוונטיים יוכלו לאפשר ליצרני סוללות לצפות מראש תגובות כימיות מורכבות כדי לייצר סוללות בעלות ביצועים טובים יותר. באופן דומה, המחשבים עשויים להאיץ את הפיתוח של תרופות חדשות בגלל שהם יוכלו לעשות בשביל החברות המפתחות סימולציה מהירה של קיפול חלבונים, התהליך המורכב שבו המולקולות הביולוגיות הגדולות האלה מקבלות את צורתן.

מחשבים קוונטיים עשויים גם להיות מסוגלים לפצח את ההצפנה הסטנדרטית המשמשת לאבטחת תקשורת בכל העולם - נושא הגורם חשש רב למוסדות פיננסיים וכן לממשלות הרוצות להגן על מידע מודיעיני וסודות צבאיים.

פיזיקאים קוונטיים אומרים שהאפשרות המטרידה הזו - והפחד של להישאר מאחור - הניעה עניין ממשלתי רב והשקעה בטכנולוגיה הזו בכל העולם.

ארה"ב, גרמניה, צרפת והודו הן בין המדינות שהתחייבו להוציא יותר ממיליארד דולר מכספי המדינה על מחקר בטכנולוגיות קוונטיות בשנים הקרובות. בייג'ינג לא מפרסמת נתונים על ההשקעות המתוכננות שלה, אבל דיווחים בתקשורת הסינית וכן מחקרים של קבוצות אמריקאיות, כולל תאגיד ראנד הנמצא בסנטה מוניקה, קליפורניה ומקינסי, מעריכים שהמחויבות הסינית לתחום הזה בשנים הקרובות היא בין מיליארד דולר ליותר מ־15 מיליארד דולר.

בהשוואה לארה"ב, סין נכנסה למחשוב קוונטי באיחור. בתחילה ביקשה את מקום הבכורה בתחום קשור הנקרא תקשורת קוונטית, ניסיון לפתח הצפנה שכמעט אי אפשר לפצח. מומחים למדיניות הטכנולוגיה הסינית אומרים שההתמקדות הראשונה כנראה הייתה בתגובה לחשיפה ב־2013 של קבלן ממשלת ארה"ב לשעבר אדוארד סנודן על כך שוושינגטון חפרה עמוק בעמוד השדרה של האינטרנט בסין.

מאז שזינקה קדימה במסעה לבנות אינטרנט חסין מפריצות, העבירה בייג'ינג את תשומת הלב למחשוב הקוונטי, כפי שניתן לראות במספר הגדל של פרויקטים של מחקר ובפריצות הדרך שעושים המדענים הסיניים. העבודה שלהם שימשה בכמה מאמצים מסחריים. באידו הסתמכה על חידושים של אוניברסיטאות סיניות לבניית המחשב שלה, כך אמר רניאו דואן, מנהל מכון המחשוב הקוונטי של באידו.

ארה"ב מנסה להאט את סין באופן פעיל

ארה"ב היא עדיין המובילה בתחום, על פי ניתוח מ־2022 של מחקרים מדעיים שנעשה בתאגיד ראנד. וושינגטון כבר מבקשת להאט את ההתקדמות של הסינים. בשנה שעברה, משרד המסחר האמריקאי אסר על ייצוא של ציוד טכנולוגיה עילית לשמונה חברות ומעבדות סיניות שהיו חשודות בתמיכה במאמצי סין לבנות יישומים צבאיים מבוססי קוונטים. מכסות ייצוא נרחבות יותר לגבי ציוד לייצור שבבי סיליקון מתקדמים גם הם השפיעו על מחשבים קוונטיים, שלפעמים משתמשים בשבבי סיליקון המיוצרים באותה טכנולוגיית ייצור.

בינתיים, אקדמאים אמריקאים אומרים שנהיה קשה יותר לסטודנטים סיניים לקבל וויזות לניהול מחקר קוונטי בארה"ב. "זה הפך לעובדה ידועה שכאשר סטודנטים סינים או פוסט דוקטורנטים מגיעים לארה"ב, אסור להם לומר שהם עוסקים במחשוב קוונטי", אמר סקוט ארונסון, מנהל מרכז המידע הקוונטי באוניברסיטת טקסס באוסטין.

במחלקת המדינה לא ענו לשאלות על מדיניות חלוקת הוויזות אבל אמרו שמתייחסים לניידות של סטודנטים בינלאומיים וחוקרים בחשיבות רבה. "אנו מקבלים סטודנטים וחוקרים ממדינות בכל העולם, כולל הרפובליקה העממית של סין", אמר דובר של המשרד.

בכנס בבייג'ינג בו הושק המחשב קיאן שי, יו דפנג, דיקן מכון ההנדסה והמדע הקוונטי של שנזן, הביע צער על המכשולים שארה"ב מציבה וכן על האתגרים הפנימיים שסין ניצבת מולם בדרכה להמשיך בפיתוח מחשוב קוונטי. "יש הרבה אנשים העוסקים במחשוב קוונטי, אבל נדיר שיש להם המצאה ייחודית שלהם או טכנולוגיה תחרותית", אמר יו.

עדיין דרך רחוקה למימוש הפוטנציאל המלא

מומחים מתאגיד ראנד ומקומות אחרים אומרים שההתקדמות של סין במחשוב קוונטי היטיבה עם התחום ברמה עולמית והוסיפו שיותר מגבלות יעכבו את קצב הקדמה המדעית. כמחצית מכל המחקרים שפורסמו על מחקר קוונטי הם תוצאה של שיתופי פעולה בינלאומיים, ומדענים אמריקאים הם מחברים משותפים של יותר מחקרים קוונטיים עם מדענים מסין מאשר בכל מדינה, כך גילה המחקר של תאגיד ראנד.

עוד נותר מחקר רב לעשות לפני שמחשבים קוונטיים יגיעו למלוא הפוטנציאל שלהם. החוקרים מעריכים שבניית מחשב קוונטי מספיק חזק להביס את פרוטוקולי ההצפנה הקיימים יצריך מיליוני קיוביטס - אבן דרך שלדעתם נמצאת במרחק עשור או יותר מזה. IBM, כיום המובילה בתעשייה, בנתה מחשב קוונטי עם 127 קיוביטס. בבאידו אמרו שבקיאן שי יש 10 קיוביטס והחברה מתכננת להוציא מחשב של 36 קיוביט בשנה הבאה.

כעת מדענים ברחבי העולם מחפשים דרכים לבנות מחשבים קוונטיים יותר מתוחכמים, כולל ניסויים בשימוש בחלקיקים שונים כקיוביטס ושימוש בשיטות שונות לשלוט בהם. עיצוב המחשב הקוונטי הכי פופולרי היום - הסוג שפותח על ידי IBM, גוגל, Rigetti וכעת באידו - מסתמך על מכשיר שמקרר שבב של מחשב לטמפרטורה מאוד נמוכה, וגורם לאלקטרונים של המעבד לעבור למצב קוונטי.

חברות מחפשות גם יישומים מסחריים לטווח הביניים, כמו למשל שיפור ניהול נכסים פיננסיים או תיאום של נתיבי אספקה ימיים, שעשויים להתאפשר על ידי שימוש במאות או אלפים בודדים של קיוביטס, ופיזיקאים קוונטיים אומרים שמחשבים כאלה יהיו זמינים תוך כמה שנים בודדות.