אחד המחשבים האלקטרוניים הניתנים לתכנות הראשונים בעולם זכור היום בעיקר בכינויו: קולוסוס. העובדה שהכינוי הזה מעורר את אחד משבעת פלאי העולם העתיק מתאימה הן פיזית והן רעיונית. קולוסוס, שמילא חדר שלם וכלל גלגלות בגודל צלחת ארוחת ערב שהיה צריך להעמיס בסרט, נבנה במלחמת העולם השנייה כדי לסייע בפיצוח קודים נאציים. עשר גרסאות של מחשב הממותה יפענחו עשרות מיליוני תווים של הודעות גרמניות לפני סיום המלחמה.
קולוסוס היה פלא בתקופה שבה "מחשבים" עדייןהתייחס לאנשים- נשים, בדרך כלל - ולא מכונות. והוא כמעט בלתי ניתן לזיהוי לפי תקני המחשוב של היום, המורכב מאלפי צינורות ואקום שהכילו חוטים חמים זוהרים. המכונה הייתה ניתנת לתכנות, אך לא מבוססת על זיכרון מאוחסן. מפעילים השתמשו במתגים ובתקעים כדי לשנות חוטים כאשר רצו להפעיל תוכניות שונות. קולוסוס היה חיה וקפריזית.
בימים הראשונים של המחשוב, זה היה צפוי. צינורות ואקום עבדו במחשבים, אבל הם לא תמיד עבדו טוב. הם תפסו טונות של מקום, התחממו יתר על המידה ונשרפו. המעבר לטכנולוגיית טרנזיסטור בשנות ה-60 היה מהפכני מסיבה זו. הטרנזיסטור הוא שהוביל ליצירת המעגל המשולב. וזו הייתה הצמיחה המתמדת של טרנזיסטורים ליחידת שטח - הכפלה כל שנתיים לערך במשך שלושה עשורים - שזכתה לכינוי חוק מור. המעבר מצינורות לטרנזיסטורים ייצג נקודת מפנה בחישוב זה - למרות הצעדים ענקייםמאז - לא הייתה לו מקבילה עכשווית עד עכשיו.
אנו נמצאים היום בצומת דרכים מקבילה, רגע שבו שינויים מצטברים וטכניים מאוד בארכיטקטורת המחשוב יכולים להוביל לדרך חדשה של חשיבה על מהו מחשב. נקודת הפיתול הספציפית הזו מגיעה כאשר מחשוב קוונטי חוצה סף מהתיאורטי לפיזי.
מחשוב קוונטי מבטיח מהירויות עיבוד וחוזק שנראים בלתי נתפסים בסטנדרטים של היום. מחשב קוונטי עובד - מקושר לטכנולוגיית מעקב, נניח - עשוי להיות מסוגל לזהות באופן מיידי אדם בודד בזמן אמת על ידי סירוק במסד נתונים הכולל מיליארדי פרצופים. מחשב כזה עשוי גם להיות מסוגל לדמות תגובה כימית מורכבת, או לפצח את כלי ההצפנה הקשוחים ביותר שקיימים. (יש תחום מחקר שלם שמוקדש להצפנה פוסט-קוונטית. הוא מבוסס על כתיבת אלגוריתמים שיכולים לעמוד במתקפה של מחשב קוונטי. אנשים עדיין לא בטוחים אם אבטחה כזו אפשרית בכלל, מה שאומר שמחשוב קוונטי עלול להמיט הרס על מערכות פיננסיות גלובליות, ממשלות ומוסדות אחרים).
לעתים קרובות אומרים שלמחשב קוונטי עובד ייקח ימים כדי לפתור בעיה שלמחשב קלאסי ייקח מיליוני שנים לסדר אותה. כעת, רעיונות תיאורטיים לגבי פיתוח מכונות כאלה - שנדחקו מזמן לתחום הנוסחה המתמטית - הופכים לשבבי מחשב.
"כשהתחלנו לייצר מערכות מהונדסות ומבוקרות טובות יותר שעושות את הפיזיקה כפי שנכתב בספר הלימוד, אנחנו מתחילים להעסיק יותר תיאורטיקנים ואנשים שמתעניינים יותר במערכות אלו שקיימות בפועל", אמר ג'רי צ'או, מנהל הניסוי. קבוצת מחשוב קוונטי ב-IBM. "זה בהחלט מרגש כי אנחנו מתחילים באמת ליצור מערכות שמעוררות עניין לא רק במונחים של יישומים פוטנציאליים אלא גם בפיסיקה הבסיסית."
IBM הכריזה באפרילשהיא מצאה סוג קריטי של זיהוי שגיאות על ידי בניית סריג מרובע של ארבעה קיוביטים מוליכים-על - יחידות של מידע קוונטי - על שבב בריבוע של רבע אינץ' בערך. ההתקדמות שעליה הכריזה החברה מייצגות צעד מרכזי לקראת בניית מחשב קוונטי בקנה מידה גדול, אמר לי צ'או, מכיוון שהוא מייצג מבנה פיזי שניתן לבנות מחדש גדול יותר תוך שמירה על תכונות קוונטיות בטקט - אחד מאתגרי הליבה במחשוב קוונטי. "זה בעצם פרימיטיבי לארכיטקטורת האבנית הזו", אמר צ'או. "הרעיון הוא להמשיך להצמיח את הסריג הזה כדי להגיע לנקודה שבה אתה יכול לקודד קיוביט מושלם - קיוביט מושלם והגיוני בים של הקיוביטים הפיזיים הפגומים האלה."
רכיב זיהוי השגיאות הוא קריטי להתקדמות במחשוב קוונטי. כפי שצ'או ועמיתיו כתבו על הממצאים שלהם ב-Nature, קיוביטים "רגישים לספקטרום הרבה יותר גדול של שגיאות" מאשר ביטים קלאסיים.
"אז כל דרך להאיץ את זה עם פרוטוקול שיכול להתמודד עם שגיאות בו זמנית צפויה להיות שיפור משמעותי", אמר סטיב רולסטון, המנהל המשותף של מכון ה-Join Quantum באוניברסיטת מרילנד. "כמעט כל הקיוביטים במחשב קוונטי אמיתי הולכים להיות שם לזיהוי שגיאות. זה נראה די מטורף אבל יכול להיות ש-99% מהקיוביטים שיש במחשב קוונטי נמצאים שם לזיהוי שגיאות ו תִקוּן."
המירוץ לבניית מחשב קוונטי עובד בקנה מידה גדול התגבר בשנים האחרונות - ובפרט בחודשים האחרונים. ב-2013, גוגל קנתה מה שלדבריה הוא מחשב קוונטי מחברת D-Wave, חברה קנדית שגם מכרה את המכונה שלה לקבלן הביטחוני לוקהיד מרטין. (גוגל גם מאפשרת לנאס"א להשתמש במערכת D-Wave כחלק משותפות ציבורית-פרטית.) במרץ השנה, גוגל אמרה שהיא בנתה מכשיר של תשעה קיוביטים שזיהה בהצלחה את אחד (אך לא את שניהם) מהמפתח סוגים של שגיאות אופייניות במחשוב קוונטי. לאחר ההכרזה של IBM שהגיעה לאחר מכן באפריל, D-Wave הודיעה ביוני שהיא שברה את מחסום 1,000 קיוביטים, אבן דרך עיבוד שלדבריה תאפשר "פתור בעיות חישוביות מורכבות משמעותית ממה שהיה אפשרי בכל מחשב קוונטי קודם".
ל-D-Wave יש היסטוריה שנויה במחלוקת במקצת, כאשר המבקרים אומרים שהטענות שלה לגבי מה שהמחשבים שלה יכולים לעשות מוגזמות לעתים קרובות. ובכל זאת אין ספק שהרבה קרה בשני העשורים מאז שהאלגוריתם של שור, על שם המתמטיקאי פיטר שור, הציע לראשונה מסגרת למחשוב קוונטי. "פיטר שור הגה את האלגוריתם שלו ב-1994," אמר לי רולסטון. "עבר הרבה זמן עכשיו, הרבה זמן מפתיע במובנים מסוימים. אם אתה מסתכל על מה שבאמת קרה באותן 20 השנים האחרונות, בעיקר מה שאנשים עשו זה באמת לנסות לשכלל קיוביטים ואינטראקציות עם קיוביט אחד או קומץ. - לשמור את הרעיון של סקביליות במוחם. אין לי שום דבר שאני עושה קיוביט מושלם אם אני לא יכול להרוויח מאות, אבל גם אין טעם. בעיצוב מאה אם אני לא מצליח לגרום לאחד או שניים להתנהג כמו שצריך."
