האם קיוביטים קוונטיים מוערכים יתר על המידה? הוויכוח על פיזיקה רציונלית

מחשבים קוונטיים הם גם המגזר המבטיח וגם המבלבל ביותר של חדשנות בתחום המחשוב. מצד אחד, מחשבים קוונטיים מבטיחים לבצע חישובים שאחרת היו בלתי אפשריים לחלוטין, ונראה שלעתים הם מפרים כל כלל ומגבלה של מחשבים רגילים.

מצד שני, קשה ביותר לבנות אותם ולהגדיל את כוח המחשוב שלהם לרמות שימושיות. ועדיין יש הרבה דברים שאנחנו לא מבינים על פיזיקת הקוונטים, מה שמותיר את מושג המחשבים הקוונטיים פגיע להפתעות בלתי צפויות. לדוגמה, תיאוריה נכונה של כבידה קוונטית נותרה חמקמקה במשך עשרות שנים, דבר שעשוי להצביע על פגם עמוק בהבנתנו את מכניקת הקוונטים.

רעיון אחרון זה של מגבלה בסיסית מפיזיקה קוונטית עצמה פורט לאחרונה עוד יותר על ידי טים פאלמר, חוקר באוניברסיטת אוקספורד, הידוע בעיקר בזכות עבודתו על תורת הכאוס והאקלים.

הוא סבור שתכונות מתמטיות בסיסיות של מרחב קוונטי עשויות להגביל באופן אינהרנטי את היכולות בפועל של מחשבים קוונטיים, הרבה יותר ממה שחשבו בעבר.

הוא פרסם את מחקרו בכתב העת המדעי היוקרתי PNAS¹, תחת הכותרת "מכניקת קוונטים רציונלית: בדיקת תורת הקוונטים עם מחשבים קוונטיים".

הבנת ההייפ: איך מחשבים קוונטיים עובדים?

לפני שנדון ברעיון של פרופסור פאלמר, כדאי להבין מה מייחד מחשבים קוונטיים.

החלק המרכזי הוא שבמקום ביטים "בדידים" עם ערכים של 1 ו-0 כמו מחשב רגיל, קיוביטים של מחשבים קוונטיים מציגים סופרפוזיציה קוונטית ושזירה.

במילים פשוטות, משמעות הדבר היא שכל קיוביט יכול לאחסן באופן טבעי מידע מורכב יותר בבת אחת, מה שמקל על חישובים עם מטריצות מתמטיות מורכבות.

אז עבור מערך נתונים מורכב עם ערכים אפשריים רבים עבור כל נקודת נתונים, כגון ערכי הספין של אלקטרונים או אטומים בשבב או באלקטרודת סוללה, מחשבים קוונטיים יכולים להתמודד עם מורכבות ההרכבה, כאשר כל קיוביט נוסף מגדיל את הקיבולת באופן אקספוננציאלי.

לעומת זאת, מחשב רגיל מוסיף רק קיבולת חדשה אחת בכל פעם, ביט חדש אחד בכל פעם, כך שחישוב שהופך מורכב יותר באופן אקספוננציאלי בכל פעם שמתווספת נקודת נתונים חדשה הופך במהירות לבלתי ניתן לניהול, כאשר המורכבות ההולכת וגדלה במהירות מכריעה את הקיבולת אפילו של מחשב-על רגיל הטוב ביותר.

לפחות זוהי התיאוריה, הנתמכת על ידי תפיסות מרכזיות לגבי אופן פעולתה של פיזיקת הקוונטים הקלאסית. אבל פרופ' פאלמר טוען שזה לא המקרה.

מכניקת קוונטים לעומת פיזיקה קוונטית רציונלית (RaQM)

מהו מרחב הילברט? מסגרת הכוח הקוונטי

המושגים "המיינסטרים" של פיזיקת הקוונטים מקובצים בדרך כלל תחת המונח "מכניקת קוונטים" (QM) ומתארים את התופעות המורכבות, שלעתים קרובות סותרות את האינטואיציה, המתרחשות בקנה מידה קוונטי.

אלמנט מפתח הרלוונטי למחשבים קוונטיים הוא הרעיון של מרחב הילברטתפיסה זו מרחיבה את המרחב הדו-ממדי או התלת-ממדי המוכר למספר רב של ממדים ויוצרת את המסגרת המתמטית שעליה בנויה רוב הפיזיקה הקוונטית.

"מרחב הילברט הוא מושג מתמטי בגיאומטריה לינארית המגדיר מרחב אינסופי-ממדי. במילים אחרות, הוא לוקח מושגים גיאומטריים המוגבלים להתמודדות עם מרחבים דו-ממדיים ותלת-ממדיים ומרחיב אותם כך שניתן יהיה להשתמש בהם עם מספר אינסופי של ממדים."

מכיוון שזהו כלי כה בסיסי של פיזיקת הקוונטים, הוא כמעט ולא מוטל בספק. וזהו בהחלט רעיון "אמיתי" באופן כללי, שכן הוא אפשר את רוב התחזיות של פיזיקת הקוונטים שאושרו בניסוי.

"מרחבי הילברט הם קריטיים בתחומים כמו מכניקת הקוונטים, שם הם מספקים את המסגרת המתמטית להבנת התנהגות החלקיקים בקני מידה מיקרוסקופיים. זה כולל יישומים בפתרון משוואות מורכבות כמו משוואת שרדינגר, המתארת ​​כיצד מערכות קוונטיות מתפתחות לאורך זמן."

בפרשנות הקלאסית שלו, מספר הממדים במרחב הילברט גדל באופן אקספוננציאלי עם מספר הקיוביטים בהם משתמש מחשב קוונטי. פרשנות זו תלויה לחלוטין באופי הרצף של מרחב הילברט, וזה הרעיון שפרופ' פאלמר מאתגר.

פיזיקה קוונטית רציונלית: אתגר את הרצף

התיאוריה שפרסם הפיזיקאי מאוקספורד מערערת על כך שמרחב הילברט אכן פועל בצורה כזו, ומצביעה על חמקמקותו של כוח הכבידה הקוונטי כאינדיקציה לכך שזה אולי המצב. הוא מכנה את התיאוריה שלו "מכניקת קוונטים רציונלית" (RaQM).

"אנו מציגים תיאוריה של פיזיקת קוונטים המבוססת על הרעיון שטבע הרצף של מרחב המצבים של מכניקת הקוונטים מתקרב למשהו דיסקרטי מטבעו, וטוענים שהסיבה לדיסקרידות כזו היא כוח הכבידה."

הרעיון הוא שמרחב הילברט הוא אכן גרגירי, אך עם מרחב קטן ביותר, מכיוון שכוח המשיכה כה חלש בהשוואה לכוחות פיזיקליים בסיסיים אחרים. הוא פיתח רעיונות אלה עוד יותר במאמר מדעי נלווה.² שכותרתו "פתרון תעלומות מכניקת הקוונטים: מדוע הטבע מתעב רצף".

מבלי להיכנס לפרטים המתמטיים, נהוג לחשוב שמצב הקוונטי מוגדר רק ביחס למספרים נצפים "רציונליים" מסוימים. זה מוביל להבנה מעט שונה של מספרים מרוכבים כמו המספר המדומה √(-1) או מה שנקרא קוואטרניונים, מה שמאפשר פרשנות ריאליסטית של המצב הקוונטי ב-RaQM, בהשוואה ל-QM.

או כפי שמנסח זאת פרופ' פאלמר, התיאוריה שלו מסירה כמה מהפרדוקסים המפורסמים של פיזיקת הקוונטים, כמו חתול שרדינגר.

"ב-RaQM, חתולים כבר לא חיים ומתים בו זמנית."

תקרת 1,000 הקיוביט: השלכות מעשיות לעתיד

חלק מהותי מההנחה של מחשבים קוונטיים אולטרה-חזקים הוא שהוספת קיוביטים נוספים מוסיפה "ממדים" נוספים לעבודה על בעיה מתמטית. הנחה זו מבוססת על הרעיון של "היצע אינסופי של אחסון נתונים חדש" (ממדים) על ידי Hilbert Space ככל שיותר קיוביטים מתווספים למערכת.

לכן, לרעיון של פר פאלמר יהיו השלכות חמורות על מחשבים קוונטיים.

אם זה נכון, תוכן המידע במצב הקוונטי גדל באופן ליניארי עם מספר הקיוביטים, ולא באופן אקספוננציאלי כפי שחשבו בעבר, מה שבעצם שובר את ההנחה הגדולה ביותר של מחשבים קוונטיים.

"מעל מספר קריטי של קיוביטים שזורים, פשוט אין מספיק מידע במצב הקוונטי כדי להקצות אפילו סיבית אחת של מידע לכל ממד של מרחב הילברט. כאשר זה קורה, אלגוריתמים קוונטיים המנצלים את כל מרחב הילברט יפסיקו להיות בעלי יתרון קוונטי על פני אלגוריתמים קלאסיים."

המאמר מעריך כי סף זה עלול להיפגע ברגע שמחשבים קוונטיים יחרגו מכמה מאות עד 1,000 קיוביטים מתוקנים שגיאות.

יש לציין שזה הרבה מתחת לסף הצפוי הנדרש לפריצת רמות הצפנה חשובות, כאשר, למשל, נדרשים 4,099 קיוביטים כדי לפרוץ מפתח RSA של 2048 סיביות באמצעות האלגוריתם של שור, אלגוריתם הקוונטי הוא בעל הסבירות הגבוהה ביותר להיות שימושי למטרות מעשיות.

אם פר. פאלמר צודק, ייתכן שההצפנה תישאר בטוחה לנצח מפני מחשבים קוונטיים כפי שאנו מבינים אותם כיום.

ככל שאב טיפוסים רבים של מחשבים קוונטיים מתקרבים לגבול הזה, לבד או באמצעות רשת קשרים, סביר להניח שבקרוב נדע אם הרעיון הזה נכון.

"'טכנולוגיה קוונטית (QM) עמדה בכל האתגרים הניסויים שהוטלו עליה, ולכן, במאמר, אני מציע ניסוי שניתן לבצע בעוד מספר שנים - אם להאמין לתוכניות הדרכים של טכנולוגיית הקוונטים - לבדיקת RaQM מול QM.'"

לתפיסה זו יכולות להיות השלכות משמעותיות גם על פיזיקת הקוונטים, אם יוכח כנכון, הרבה מעבר להגבלת הפוטנציאל של מחשבים קוונטיים. דבר כשלעצמו יכול להפוך את מחשבי הקוונטים לחשובים מאוד, גם אם היישומים המעשיים שלהם מוגבלים יותר ממה שקיוו בעבר.

"אם מחשבים קוונטיים יספקו את הניסויים לא רק כדי למצוא תיאוריה שתמשוך את מכניקת הקוונטים, אלא, חשוב מכך, כדי למצוא את התיאוריה שמשלבת פיזיקה קוונטית וכבידה, זו בוודאי תהיה תוצאה טובה במיוחד עבור כל העבודה שהושקעה במחשוב קוונטי לאורך השנים."

עקרונות השקעה אסטרטגיים: ניהול סיכון קוונטי

תפיסה חדשה זו רחוקה מלהיות מוכחת, ולמעשה מהווה סטייה רדיקלית מהקונצנזוס של הפיזיקאים לגבי מכניקת הקוונטים. אז, לעת עתה, זוהי רק תיאוריה מעניינת מאוד, אך לא מוכחת, שקיימת רק במתמטיקה תיאורטית.

עם זאת, משקיעים במניות של מחשוב קוונטי צריכים לשים לב אליו, שכן הוא מזכיר לנו שפיזיקת הקוונטים עדיין לא מובנת במלואה, ויש לה פוטנציאל הן לאפשרויות חדשות ומפתיעות והן למגבלות ביישומים המעשיים שלה.

אלמנט נוסף הוא שאם הצפנה בטוחה לצמיתות ממחשבים קוונטיים, כך גם ביטקוין, שסבל לאחרונה מהנרטיב של בקרוב "ישבר" על ידי התקדמות במחשוב הקוונטי, נושא שסקרנו גם ב-"ביקורת ההשקעות הפוסט-קוונטית: 10 המניות המובילות לשנת 2026".

לכן, הגיוני לאזן את שני הסיכונים זה מול זה:

• אם מחשבים קוונטיים יגיעו לסף מקסימלי של 1,000+ קיוביטים, ביטקוין בטוח, והנרטיב שדחף את מחיר הביטקוין כלפי מטה ייעלם.
• אם פר פאלמר טועה, מחשבים קוונטיים אכן עשויים לאיים על חלק הביטקוין בתיק ההשקעות, אך הם גם יוכלו לבצע פלא חישובי שקשה לדמיין הן בהצפנה והן בהבנה מעמיקה יותר של העולם החומרי.

אז תיק עבודות המשלב מניות מחשוב קוונטי ומטבעות קריפטוגרפיים כנראה ימתן בצורה הטובה ביותר את שתי האפשרויות.

עבור השקעה במחשוב קוונטי, ניתן להתייעץ דוח ההשקעות שלנו על Honeywell וחברת הבת שלה בתחום המחשוב הקוונטי, קוונטיום, או המאמר שלנו "5 חברות המחשוב הקוונטי הטובות ביותר לשנת 2025".

הפניות:

^{1טים פאלמר. מכניקת קוונטים רציונלית: בדיקת תורת הקוונטים עם מחשבים קוונטיים‏PNAS. 123 (12) e2523350123. 16 במרץ, 2026. https://doi.org/10.1073/pnas.2523350123
2טים פאלמר. פתרון תעלומות מכניקת הקוונטים: מדוע הטבע מתעב רצף. דיוני החברה המלכותית. פברואר 18, 2026. https://arxiv.org/abs/2602.16382}