פריצת הדרך ל-Web 5.0: מחשב קוונטי ורשת קוונטית

השבוע פגשתי באוניברסיטת בר אילן את ג'ורג' גילדר, הממציא של "חוק גילדר" שהוא הקצנה של חוק מור. לפי חוק גילדר, רוחב הפס יגדל במהירות, פי שלוש מחוק מור. לפי חוק מור, יכולת העיבוד תגדל בערך פי שניים כל שנתיים. גילדר שהמציא מושגי יסוד כמו מיקרוקוסמוס על השבבים וטלקוסמוס על התקשורת האופטית, התייחס למהפכה הקוונטית כבעלת השלכות עמוקות גם על הביולוגיה והנפש של האדם.

אני אסקור את שלושת פריצות הדרך שהתרחשו בראשית 2007 בתחום המחשוב הקוונטי. לאחר מכן אני אסביר מדוע Web 2.0 של האינטליגנציה הקולקטיבית, Web 3.0 של האינטליגנציה המלאכותית, Web 4.0 של שילוב הננו-טכנולוגיה עם הביו-טכנולוגיה, הן חוליות הכרחיות בדרך ל-Web 5.0 - הרשת הקוונטית.

מפת הדרכים מווב 1.0 עד ווב 5.0

כל אחד מדורות הרשת, מייצג כיום שלב שונה בעקומת ה-S של כל מהפכה טכנולוגית. בעקומת ה-S יש ארבעה שלבים. בשלב הראשון כל טכנולוגיה מצליחה מתחילה מאינקובציה פילוסופית-מדעית. בשלב השני מושגי היסוד המדעיים-פילוסופיים ממומשים בתוך מכשור טכנולוגי. בשלב השלישי המכשור הטכנולוגי מתייעל, ומחירו יורד כך שהוא נמכר במיליארדי דולרים והוא יוצר בועה פיננסית. בשלב הרביעי הבועה מתפוצצת כשמתברר שהטכנולוגיה כבר ניתנת להעתקה על ידי כל אחד. כך, נוכל לשרטט אל תוך העתיד את מפת הדרכים של הרשת, מדור 1.0 ועד 5.0 - בשנים 1995-2025.

א. Web 1.0 מאז 2005, הפך לסחורה. כמו פיתות שכל אחד יכול לייצר. לכן הוא לא מספק יותר יתרון תחרותי.

ב. Web 2.0 נכנס ב-2005 לשלב המסחרי שמייצר חברות ששוות מאות מיליונים ומיליארדי דולרים. Web 3.0 הוא הצד השני של המטבע של Web 2.0. כי Web 2.0 מכניס את האינטליגנציה הקולקטיבית לרשת, ואילו Web 3.0 מכניס אינטליגנציה מלאכותית לרשת.

ג. Web 4.0 הננו-ביוטכנולוגי נמצא עתה עדיין בשלב הפיתוחים הטכנולוגיים בלי "יישומי מחץ" מסחריים, כמו הדפדפן של Web 1.0 או Google ו-MySpace של Web 2.0. הוא יכנס לשלב המסחרי בערך ב-2015.

ד. Web 5.0 הקוונטי עדיין מצוי בשלב המדעי-פילוסופי. הוא ייכנס לשלב הטכנולוגי בערך ב-2010 ולשלב המסחרי בערך ב-2020-2025

מחשב קוונטי: החומרה

המחשב הקוונטי מבוסס על קפיצת מדרגה יחסית למחשב של היום. המחשב של היום יכול לעשות פעולות עם 0 (מעגל כבוי) או עם 1 (מעגל דולק). כך הוא מאפשר לוגיקה מהסוג: "אם 0, אז 1". המחשב הקוונטי לעומת זאת יכול לעשות פעולות עם 0 ו-1 בו זמנית משום שחלקיק קוונטי יכול להיות בשני מקומות בו זמנית.

תופעה זו נקראת "Entanglement" או "הסתבכות". חלקיקים קוונטיים הם חלקיקים מסוג פרוטון, אלקטרון, פוטון וכו'. חלקיק שיכול לייצג שני מצבים בו זמנית נקרא qbit דהיינו ביט קוונטי. יכולת זו של הסבך לייצג מספר מצבים בו זמנית נקראת "סופרפוזיציה".

קיימים שני הסברים ל-Entanglement ולסופרפוזיציה: האחד של דיויד דויטש הישראלי שעבר לאוקספורד, שמסביר זאת באמצעות עולמות אפשריים רבים (כנראה ש-Second Life הוא רק ההתחלה ויש גם "אינסוף לייף"). ההסבר השני הוא שכל חלקיק קוונטי הוא פרקטל המכיל אינסוף חלקיקים שבהם הוא משתמש כ"מחשבי עזר".

אך אם במחשב רגיל אנו משתמשים במתג חשמלי כדי לעבור ממצב כבוי - 0 למצב דולק -1, איך נכבה או נדליק חלקיק קוונטי במחשב קוונטי? שיטה אחת היא באמצעות קרן לייזר שיכולה להפוך ספין של חלקיק (כיוון הסיבוב סביב עצמו, בכיוון השעון או ההיפך) ממצב אחד לשני.

ארנבים בחושך

אולם חברת D-Wave בסרטון הנ"ל, מציגה שיטה אחרת. הם מקררים מתכת למצב שבו היא הופכת לעל-מוליכה, כך שאלקטרונים זורמים חופשי והופכים לקיוביטים. לכן הם לא צריכים מכשור מסבוך כמו לייזר אלא שבבים במתודולוגיות ייצור כמו במחשבים של היום.

יתרון נוסף לטכנולוגיה של D-Wave הוא פתרון בעיית "הקריסה". מעבדים קוונטיים הם כמו ארנבים שאוהבים לאכול בחושך. אם נרצה לראותם כשהם אוכלים נצטרך להדליק את האור, אבל אז הם בורחים ומתחבאים במחבוא שלהם ולא נוכל לראותם. פתרון לבעיה זו ניתן למצוא בעזרת מצלמה מהירה שמהירות הפלש והצילום שלה גדולים ממהירות בריחת הארנבים (קריסה). כך גם במחשב קוונטי יש שיטות ש"אוספות" את תוצאות החישוב במהירות לפני שהמעבד הקוונטי קורס במעבר מהעולם הקוונטי לעולם הקלאסי הנצפה על ידי בני האדם.

ב2005 הצליחו לבנות לראשונה באוסטריה מחשב עם 3 קיוביטים. השנה, חברת D-Wave מקנדה הדגימה לפני קהל רב במוזיאון לתולדות המחשוב בקליפורניה, את המחשב הקוונטי שלה שיכול לעבוד עם 16 קיוביטים. עד 2008 יהיו בו 256 קיוביטים ועד 2010 יהיו בו 1024 קיוביטים. לפי סת לויד מ-MIT מחבר הספר "היקום כמחשב קוונטי", מעל ל-1000 קיוביטים, המחשב הקוונטי מתחיל לפתור בעיות שהן בלתי פתירות במחשב הדיגיטלי של היום. כדי להבין באילו בעיות מדובר, עלינו לעבור לתוכנה ולתקשורת של מחשבים קוונטיים.

מחשב קוונטי: התוכנה 

מה אפשר לעשות עם מחשב קוונטי כזה? ראשית, אופטימיזציה בסביבת אילוצים. דוגמאות לכך הן: שיבוץ מרצים במערכת שעות של אוניברסיטה או בחירת מסלול אופטימאלי לסוכן הנוסע בין כמה עשרות ערים. שנית, התאמת תבניות, כמו למשל, איך החלבונים המשמשים כאבני יסוד של איבר מסוים בגוף האדם נבנים מתבנית מסוימת של DNA. שלישית, חיפוש בבסיסי נתונים מורכבים. רביעית, ריבוי מחשבות, כלומר יכולת לחשוב בו זמנית כמה מחשבות. זהו הבסיס של ממשק המשתמש הקוונטי QUI - Quantum User Interface.

נקח את דוגמת החלבונים וה-DNA. במולקולת קפאין אחת שבה יש יותר מ-100 אלקטרונים, קשה יותר למצוא את כל אפשרויות הסידור יחסית למולקולה פשוטה שיש בה רק 30 אלקטרונים. אפשרויות הסידור במקרה של 30 אלקטרונים יכולים להיפתר רק על ידי מחשבי העל הגדולים ביותר הקיימים כיום. אולם כשמדבר ב-100 אלקטרונים, מחשבי העל אפילו לא מתקרבים לפתרון בגלל שהבעיה מסובכת פי: 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000.

רשת תקשורת קוונטית

החודש העולם התקרב לWQW –Worldwide Quantum Web שהוא שדרוג של WWW. חוקרים מאוסטריה ומגרמניה הצליחו להעביר מפתחות הצפנה קוונטיים למרחק של מעל ל100 קילומטרים. הגדלה נוספת קטנה של הטווח תאפשר תקשורת קוונטית גלובאלית באמצעות חלליות בגובה של כמה מאות קילומטרים.

תקשורת מוצפנת קוונטית מתאפשרת על ידי שילוב של תכונת הסבך הנ"ל, עם עקרון אי הוודאות של הייזנברג. לפי עקרון אי הוודאות שנוסח בראשית המאה ה-20, לא ניתן לקבוע במדויק ובו זמנית את המיקום והתנע של חלקיק קוונטי. אם לשני אנשים משני צידי קו תקשורת קוונטי יש מפתח צופן, הרי כל מי שיעלה על הקו וינסה לפענח את הצופן, ישבור את עיקרון אי הוודאות ולא יוכל לקבל את המסר המקורי.

מיקרוב-סופט: ביולוגיה ופסיכולוגיה קוונטיות בווב 4.0

Web 4.0 הוא שלב הכרחי בדרך ל Web 5.0 הקוונטי.  4.0 עוסק בחלקיקים מולקולריים הגדולים פי 10,000 ויותר מחלקיקים קוונטיים. דור 4.0 מאפשר באמצעות האינטליגנציה המלאכותית של  3.0 לשלוט על חלקיקים מולקולריים שבהם עוסקות הננוטכנולוגיה, הביוטכנולוגיה והננוטכנולוגיה.

גם כאן היו שתי פריצות דרך חשובות בתחילת 2007. ראשית, התברר כי ה-RNA ולא ה-DNA הוא גורם התורשה הבסיסי. ה-DNA הוא בסך הכל הדיסק הקשיח של המחשוב הביולוגי שלנו, בעוד שה-RNA הוא גם מערכת ההפעלה וגם הדפדפן שלנו.

שנית, התברר בתחום הביו-טכנולוגיה והנוירו-טכנולוגיה כי העצבים שלנו (הנוירונים) אינם מוליכים חשמל, אלא הם דומים יותר לצינורות המוליכים נוזלים. המידע במוח אינו אלקטרוני, אלא מסוג חדש. תגלית זו באה מהניסיון להבין איך חומרי הרדמה מנטרלים את מערכת התקשורת של הנוירונים. לאחר כ-20 שנה של מחקר חוץ-פרדיגמטי מתברר שפנרוז, השותף של הוקינג, צודק והמוח אינו מחשב אלקטרוני כמו שקורצוויל חשב, אלא מחשב קוונטי. הנוירונים אינם "הטרנזיסטורים" של המוח, אלא כל נוירון הוא מחשב-על שמבוסס על מעבדים קונטיים ביולוגיים.