The promise of quantum computers | Matt Langione

Transcriber:

תרגום: zeeva livshitz עריכה: Ido Dekkers

מה יהיו האתגרים הגדולים ביותר של המאה ה-21 ?

היום, אפשר לנחש ששינויי אקלים, בריאות הציבור, אי השוויון,

What will the biggest challenges of the 21st century turn out to be?

אבל האמת היא שאנחנו עדיין לא יודעים.

מה שאנחנו כן יודעים

Today, one might guess climate change, public health, inequality,

זה שמחשוב-על יצטרך להיות חלק מהפתרון.

but the truth is we don't yet know.

במשך מאה שנים כמעט,

ההסתמכות שלנו על מחשבים בעלי ביצועים גבוהים

What we do know

is that supercomputing will have to be part of the solution.

מול האתגרים הדחופים ביותר שלנו

הלכה וגדלה,

For nearly a hundred years,

מפיצוח קודים נאציים לריצוף הגנום האנושי.

our reliance on high-performance computers

in the face of our most urgent challenges

מעבדי מחשב קמו לפגוש דרישות יותר ויותר קריטיות ומורכבות

has grown and grown,

from cracking Nazi codes to sequencing the human genome.

על ידי כך שהפכו קטנים יותר, מהירים וטובים יותר משנה לשנה

Computer processors have risen to meet increasingly critical and complex demands

כבמטה קסם.

אבל יש בעיה.

by getting smaller, faster and better year after year,

בדיוק ברגע שההסתמכות שלנו על מחשבים גדלה מהר מתמיד,

as if by magic.

התקדמות בכוח המחשוב

But there's a problem.

At the very moment that our reliance on computers is growing faster than ever,

מגיעה למצב של קיפאון

הקסם פשוט נעלם.

התזמון לא יכול היה להיות יותר גרוע .

progress in compute power

לעתים רחוקות אנחנו מדברים על זה, אבל עם כל מה שהישגנו עם מחשבים

is coming to a standstill.

The magic is just about spent.

נותרו מספר מפתיע של דברים שמחשבים עדיין לא יכולים לעשות,

The timing couldn't be worse.

We rarely talk about it, but for all that we've accomplished with computers,

במחיר גבוה לעסקים ולחברה.

there remain a startling number of things that computers still can't do,

החלום של עיצוב תרופות חישוביות כמעט מיידיות למשל,

עדיין לא יצא לפועל, כמעט 50 שנה לאחר שנהגה לראשונה.

at a great cost to business and society.

The dream of near-instant computational drug design, for instance,

מעולם לא היה ברור יותר מעכשיו,

כשהעולם יושב במצב של בידוד ושיתוק,

has yet to come to fruition, nearly 50 years after it was first conceived.

בזמן שאנו ממתינים לחיסון נגד COVID-19.

Never has that been clearer than now,

אבל גילוי תרופות הוא רק תחום אחד שבו החוקרים טרודים --

as the world sits in a state of isolation and paralysis,

as we await a vaccine for COVID-19.

ובמקרים מסוימים, חסומים לחלוטין --

על ידי חוסר ההתאמה אפילו של מחשבי העל העכשוויים המהירים ביותר,

But drug discovery is just one area in which researchers are beset --

שמציבים אילוצים גדולים בתחומים כמו שינויי אקלים,

and in some cases, blocked entirely --

by the inadequacy of even today's fastest supercomputers,

וביצירת ערך בתחומים כמו פיננסים ולוגיסטיקה.

putting great constraints in areas like climate change,

בעבר,

יכולנו לסמוך על מחשבי-על שפשוט משתפרים והופכים מהירים יותר,

and in value creation in areas like finance and logistics.

כשחלקים הלכו והפכו יותר ויותר קטנים מדי שנה,

In the past,

אך לא עוד.

we could rely on supercomputers simply getting better and faster,

נכון לעכשיו, אנו מתמודדים מול מגבלה פיזית קשה.

as parts got smaller and smaller every year,

טרנזיסטורים הפכו כל כך זעירים

שהם מתקרבים במהירות לגודל של אטום.

but no longer.

For now, we're drawing up against a hard physical limit.

מצב עניינים כזה מזמין שאלת המשך טבעית,

Transistors have become so minuscule

וזו אחת שהשקעתי בה בכמה מהשנים האחרונות

that they're fast approaching the size of an atom.

עידוד מנהיגים עסקיים וקובעי מדיניות לתת מענה:

Such a state of affairs invites a natural follow-up question,

אם לא מחשבי-על מסורתיים,

and it's one that I've spent the last several years

איזו טכנולוגיה תצוץ

encouraging business leaders and policy makers to address:

כדי לחמש אותנו מול האתגרים של המאה ה-21?

If not traditional supercomputers,

כאן נכנס מחשוב קוונטי.

what technology will emerge

מחשבים קוונטיים כמו זה

to arm us against the challenges of the 21st century?

מבטיח לטפל במגבלה האטומית

על ידי ניצול תכונות פיזיות תת-אטומיות

Enter quantum computing.

Quantum computers like this one

שאפילו לא היו ידועות לאדם לפני מאה שנים.

promise to address the atomic limitation

איך זה עובד?

מחשוב קוונטי מאפשר יציאה משתי מיגבלות עיקריות

by exploiting subatomic physical properties

that weren't even known to man a hundred years ago.

של מחשוב מוליכים למחצה קלאסי.

מחשבים קלאסיים פועלים באופן דטרמיניסטי:

How does it work?

Quantum computing enables a departure from two major constraints

הכל או כן או לא, לסירוגין, אך ללא בין לבין.

of classical semiconductor computing.

הם גם פועלים באופן סדרתי; הם יכולים לעשות רק דבר אחד בכל פעם.

Classical computers operate deterministically:

everything is either yes or no, on or off, with no in between.

מחשבים קוונטיים פועלים באופן הסתברותי, והכי חשוב,

They also operate serially; they can only do one thing at a time.

הם פועלים בו זמנית, הודות לשלוש תכונות --

Quantum computers operate probabilistically, and most importantly,

חפיפה, שזירה והתערבות --

they operate simultaneously, thanks to three properties --

שמאפשרות להם לחקור אפשרויות רבות בבת אחת.

כדי להמחיש איך זה עובד, דמיינו מחשב שמנסה לפתור מבוך.

superposition, entanglement and interference --

which allow them to explore many possibilities at once.

המחשב הקלאסי יעשה זאת על ידי מיצוי כל מסלול פוטנציאלי

To illustrate how this works, imagine a computer is trying to solve a maze.

ברצף.

אם הוא נתקל במחסום על השביל הראשון,

הוא פשוט יפסול את זה כפתרון,

The classical computer would do so by exhausting every potential pathway

יחזור למיקומו המקורי

וינסה את הדרך ההגיונית הבאה,

in a sequence.

If it came across a roadblock on the first path,

וכן הלאה וכן הלאה עד שהוא ימצא את הפתרון הנכון.

it would simply rule that out as a solution,

מחשב קוונטי יכול לבדוק כל מסלול ומסלול

revert to its original position

and try the next logical path,

and so on and so forth until it found the right solution.

בו בזמן,

למעשה, לפתור את המבוך בניסיון בודד בלבד.

A quantum computer could test every single pathway

at the same time,

כפי שזה קורה,

בעיות מורכבות רבות מתאפיינות על ידי איכות דמוית מבוך

in effect, solving the maze in only a single try.

במיוחד סימולציה ובעיות אופטימיזציה,

As it happens,

חלקן ניתנות לפתרון מהיר יותר באופן מעריכי

many complex problems are characterized by this mazelike quality,

עם מחשב קוונטי.

especially simulation and optimization problems,

אבל האם יש באמת ערך למה שנקרא מהירות קוונטית?

some of which can be solved exponentially faster

with a quantum computer.

כדי להאמין שאנחנו צריכים מחשבי על מהירים יותר,

But is there really value to this so-called quantum speedup?

אנחנו צריכים קודם כל להאמין שהבעיות שלנו הן אכן חישוביות באופיין.

In order to believe that we need faster supercomputers,

מסתבר שרבות מהן הן, לפחות בחלקן.

we need to first believe that our problems are indeed computational in nature.

לדוגמא, נפנה לייצור דשנים,

אחת מהבעיות המאפיינות במדע שינוי האקלים.

It turns out that many are, at least in part.

הדרך בה מייצרים היום את רוב הדשנים

For an example, let’s turn to fertilizer production,

היא על ידי מיזוג חנקן ומימן כדי להכין אמוניה,

one of the hallmark problems in the science of climate change.

שהוא החומר הפעיל.

The way most fertilizer is produced today

התהליך עובד,

אבל רק במחיר כבד, מאוד כבד

is by fusing nitrogen and hydrogen to make ammonia,

לעסקים, שמוציאים 100 עד 300 מיליארד בכל שנה,

which is the active ingredient.

The process works,

ולסביבה:

but only at a severe, a severe cost

שלושה עד חמישה אחוזים מהגז הטבעי בעולם

to businesses, who spend 100 to 300 billion every year,

מושקע בסינתזת דשנים

and to the environment:

בכל שנה ושנה.

three to five percent of the world's natural gas

אז למה מדענים לא הצליחו לפתח תהליך יעיל יותר?

is expended on fertilizer synthesis

הסיבה היא שכדי לעשות זאת,

every single year.

So why have scientists failed to develop a more efficient process?

הם יצטרכו לדמות את האינטראקציות המולקולריות דמויות המבוך

המרכיבות את השדה האלקטרוסטטי של הזרז המרכזי, ניטרוגנאז.

The reason is that in order to do so,

they would need to simulate the mazelike molecular interactions

מדענים למעשה יודעים איך לעשות את זה היום,

that make up the electrostatic field of the key catalyst, nitrogenase.

אבל זה ייקח 800,000 שנים במחשב העל המהיר בעולם.

Scientists actually know how to do that today,

עם מחשב קוונטי בקנה מידה מלא,

but it would take 800,000 years on the world's fastest supercomputer.

פחות מ-24 שעות.

לדוגמא נוספת, בואו נחזור לגילוי תרופות,

תהליך שה COVID-19 הכניס לפוקוס חד עבור רובנו

With a full-scale quantum computer,

less than 24 hours.

בפעם הראשונה.

For another example, let's return to drug discovery,

עיצוב חיסון לזיהומי מחלה כמו COVID-19,

a process COVID-19 has brought into sharp focus for most of us

מזיהוי מניעי המחלה

for the very first time.

Designing a vaccine for an infectious disease like COVID-19,

לסינון מיליונים של מפעילים ומעכבים מועמדים,

הוא תהליך שבדרך כלל לוקח 10 שנים או יותר לכל תרופה,

from identifying the drivers of the disease,

to screening millions of candidate activators and inhibitors,

90 אחוז מהם לא מצליחים לעבור ניסויים קליניים.

is a process that typically takes 10 or more years per drug,

העלות לחברות התרופות הוא שניים עד שלושה מיליארד דולר

לכל תרופה מאושרת.

90 percent of which fail to pass clinical trials.

אבל המחירים החברתיים של עיכובים וכישלונות הרבה הרבה יותר גבוהים.

The cost to pharmaceutical companies is two to three billion dollars

יותר משמונה מיליון אנשים מתים כל שנה ממחלות זיהומיות.

per approved drug.

But the social costs of delays and failures are much, much higher.

זה פי 15 מהמתים במהלך ששת החודשים הראשונים

More than eight million people die every year of infectious diseases.

של מגיפת הקורונה.

אז למה עיצוב תרופות חישוביות לא עמד בציפיות?

That's 15 times as many people as died during the first six months

שוב, זה עניין של משאבי חישוב מוגבלים, לפחות בחלקם.

of the coronavirus pandemic.

So why has computational drug design failed to live up to expectations?

אם זיהוי מסלול מחלה בגוף הוא כמו מנעול,

Again, it's a matter of limited computational resources, at least in part.

עיצוב תרופה דורש חיפוש דרך מרחב כימי עצום,

If identifying a disease pathway in the body is like a lock,

למעשה מבוך של מבנים מולקולריים,

designing a drug requires searching through a massive chemical space,

כדי למצוא את ההרכב הנכון,

למצוא מפתח, במילים אחרות, שמתאים למנעול.

effectively a maze of molecular structures,

הבעיה היא שלהתחקות אחר כל הטווח הרלוונטי של המרחב הכימי

to find the right compound,

to find a key, in other words, that fits the lock.

והמרתו למסד נתונים לעיצוב תרופות עם אפשרות חיפוש

The problem is that tracing the entire relevant span of chemical space

ייקח 5 טריליון טריליון, טריליון, טריליון שנים

and converting it into a searchable database for drug design

במחשב העל המהיר בעולם.

would take 5 trillion trillion, trillion, trillion years

במחשב קוונטי, קצת יותר מחצי שעה.

אבל מחשוב קוונטי אינו רק נוגע לניצחונות במעבדה.

on the world's fastest supercomputer.

זרימת הקידמה והתעשיות מכל הסוגים חסומה כרגע

On a quantum computer, a little more than a half hour.

But quantum computing is not just about triumphs in the lab.

על ידי אילוצים חישוביים דיסקרטיים, אך בלתי פתירים

The flow of progress and industries of all kinds is currently blocked

שיש להם השפעה אמיתית על עסקים וחברה.

למה שנראה אולי כדוגמה לא סבירה, בואו נפנה לבנקים.

by discreet, but intractable computational constraints

מה אם הבנקים היו מסוגלים להלוות בצורה חופשית יותר

that have a real impact on business and society.

לאנשים פרטיים, ליזמים ולעסקים?

For what may seem an unlikely example, let's turn to banks.

אחד העיכובים העיקריים היום

What if banks were able to lend more freely

הוא שהבנקים שומרים על 10 עד 15 אחוזים של נכסים במזומנים,

to individuals, entrepreneurs and businesses?

בין השאר, בגלל שסימולציות הסיכון שלהם מוגבלות בחישוב.

One of the key holdups today

is that banks keep 10 to 15 percent of assets in cash reserves,

הם לא יכולים לערוב לסיכונים גלובליים או שוק שלם שהם נדירים

in part, because their risk simulations are compute constrained.

אבל חמורים ובלתי צפויים.

אירועי “ברבור שחור“, למשל.

They can’t account for global or whole-market risks that are rare

10 עד 15 אחוז זה הרבה מאוד כסף.

but severe and unpredictable.

כשחושבים שכל הפחתה של אחוז אחד ממלאי מזומנים,

Black swan events, for example.

Now, 10 to 15 percent is a whole lot of money.

תוביל לעוד טריליון דולר של הון להשקעה.

When you consider that for every one-percent reduction in cash reserves,

המשמעות היא שאם הבנקים בסופו של דבר ירגישו נוחים מספיק

it would lead to an extra trillion dollars of investible capital.

עם סימולציות סיכונים המופעלות באמצעות קוונטים

לצמצם את עתודות המזומנים, למשל, לחמישה עד 10 אחוז מהנכסים,

What this means is that if banks ultimately became comfortable enough

האפקט יהיה כמו תמריץ ברמת COVID-19

with quantum-powered risk simulations

עבור אנשים פרטיים ועסקים

to reduce cash reserves to, say, five to 10 percent of assets,

בכל שנה ושנה.

the effect would be like a COVID-19-level stimulus

ברגע שכוח הטרנספורמציה של מחשוב קוונטי יהיה ברור,

for individuals and businesses

השאלה הופכת אז לכזו: ובכן, כמה זמן עלינו לחכות?

every single year.

Once the transformative power of quantum computing is clear,

חוקרים נזהרים כשהם נשאלים על ציר הזמן ליתרון קוונטי.

the question then becomes: Well, how long must we wait?

בצדק - נשארו מספר מכשולים קריטיים שיש להתגבר עליהם,

Researchers are cautious when asked about the timeline to quantum advantage.

ולא רק אתגרים הנדסיים,

אלא שאלות מדעיות בסיסיות על טבעה של מכניקת הקוונטים.

Rightly so -- there remain a number of critical hurdles to overcome,

and not just engineering challenges,

כתוצאה מכך, זה יכול להיות אחד, שניים, אפילו שלושה עשורים

but fundamental scientific questions about the nature of quantum mechanics.

לפני שמחשבים קוונטיים יבשילו לחלוטין.

כמה מנהלים שדיברתי איתם הגיעו למסקנה על בסיס זה

As a result, it may be one, two, even three decades

שהם יכולים להרשות לעצמם לחכות,

before quantum computers fully mature.

שהם יכולים להרשות לעצמם לדחות את ההשקעות.

אני מאמין שזו טעות אמיתית,

Some executives that I've spoken with have come to the conclusion on this basis

כי בעוד טכנולוגיות מסוימות מתפתחות בהתמדה

that they can afford to wait,

לפי החוקים של קשר סיבתי מצטבר,

that they can afford to postpone investing.

I believe this to be a real mistake,

רבות מתגלות כפריצות דרך מהירות,

for while some technologies develop steadily,

כמעט בן לילה מתריסות בניגוד לכל ציר זמן שניתן להסיק מראש.

according to the laws of cumulative causation,

מחשוב קוונטי הוא מועמד בדיוק לפריצת דרך כזו,

many emerge as precipitous breakthroughs,

almost overnight defying any timeline that could be drawn out in advance.

לאחר שכבר השיג מספר אבני דרך קריטיות

עשרות שנים לפני המועד הצפוי.

Quantum computing is a candidate for just such a breakthrough,

בסוף שנות ה-80, למשל,

חוקרים רבים חשבו שאת אבן הבניין הבסיסית של מחשוב קוונטי,

having already reached a number of critical milestones

decades ahead of schedule.

הקיוביט,

ייקח מאה שנים לבנות.

In the late 80s, for example,

many researchers thought that the basic building block of quantum computing,

עשר שנים מאוחר יותר, זה הגיע.

כעת יש ל-IBM כמעט 500 קיוביטים על פני 29 מכונות,

the qubit,

would take a hundred years to build.

זמינים לשימוש הלקוח ולמחקר.

Ten years later, it arrived.

Now IBM has nearly 500 qubits across 29 machines,

מה שזה אומר זה שאנחנו צריכים לדאוג פחות

על כך שמחשבי קוונטים מגיעים מאוחר מדי

available for client use and research.

ויותר על כך שהם מגיעים מוקדם מדי,

What this means is that we should worry less

לפני שההכנות ההכרחיות נעשו.

about quantum computers arriving too late

אם לצטט פיזיקאי זוכה פרס נובל אחד

and more about them arriving too soon,

“מחשבים קוונטיים הם שונים יותר מהמחשבים הנוכחיים

before the necessary preparations have been made.

For to quote one Nobel prize winning physicist,

מאשר המחשבים הנוכחיים

מהחשבוניה.”

"Quantum computers are more different from current computers

ייקח זמן לבצע את שילובי זרימת העבודה הדרושים.

than current computers are

ייקח זמן לקלוט את הכישרונות הנכונים.

from the abacus."

הכי חשוב,

It'll take time to make the necessary workflow integrations.

ייקח זמן, שלא לדבר על חזון ודמיון,

It'll take time to onboard the right talent.

לזהות ולחקור בעיות חשובות

Most importantly,

it'll take time, not to mention vision and imagination,

עבור מחשבי קוונטים כדי להתמודד עם העסק שלכם.

ממשלות כבר משקיעות הרבה בטכנולוגיות קוונטיות --

to identify and scope high-value problems

15 מיליארד דולר ביניהן סין, אירופה וארה“ב.

for quantum computers to tackle for your business.

Governments are already investing heavily in quantum technologies --

וקרנות הון סיכון הולכות בעקבותיהם.

אבל מה שצריך עכשיו כדי להאיץ חדשנות

15 billion dollars among China, Europe and the US.

הוא השקעה עסקית בפיתוח מקרי שימוש,

And VCs are following suit.

בקליטת כשרונות

But what's needed now to accelerate innovation

ובניסויים עם מחשבים קוונטיים אמיתיים

is business investment in developing use cases,

שזמינים היום.

בעולם כמו שלנו,

in onboarding talent

את דרישות החדשנות אי אפשר לדחות ליום נוסף.

and on experimenting with real quantum computers

מנהיגים חייבים לפעול עכשיו,

that are available today.

כי האצות המעבד שהניעו חדשנות במשך 70 שנה כמעט

In a world such as ours,

the demands of innovation can't be put off for another day.

מועדים להיעצר כליל במסלולם.

Leaders must act now,

המירוץ לעבר עידן חדש של קסם ומחשוב-על כבר בעיצומו.

for the processor speedups that have driven innovation for nearly 70 years

זה משהו שאנחנו לא יכולים להרשות לעצמנו לפספס.

are set to stop dead in their tracks.

The race toward a new age of magic and supercomputing is already underway.

מחשבי קוונטים נמצאים ב“פול פוזישן” הם המכונית שצריכה לנצח.

It's one we can't afford to lose.

תודה.

Quantum computers are in pole position. They're the car to beat.

Thank you.