کامپیوترهای کوانتومی چیستند و چرا اهمیت دارند؟
پاییز گذشته، گوگل اعلام کرد که به برتریِ کوانتومی دست یافته است. اگر این خبر کمی انتزاعی است و کاربرهای متوسط آن را یه درستی درک نمی کنند پس باید یک بار دیگر خوب به آن فکر کنند. آنچه تیم گوگل انجام داد در اصل، استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی برای حل مشکلی بود که حتی جذاب ترین ابرکامپیوترها را هم سردرگرم کرده بود. لابد با خود می گویید چه تکان دهنده، اینطور نیست؟ علاوه بر این، شرایط رایانش کوانتومی مستقیماً امنیت داده های شما را تحت تأثیر قرار می دهد. از اینها گذشته، بسیاری از متدهای محافظتی در جهان دیجیتال بر مبنای ضد کرک بودن (در بازه زمانی معقول) هستند. در ادامه با ما همراه شوید تا با شما از کامپیوترهای کوانتومی بگوییم و توضیح دهیم چطور مجرمان سایبری می توانند روزی آن ها را هک کنند.
کامپیوتر کوانتومی چیست؟
تفاوت عمده یک کامپیوتر کوانتومی با نوع سنتی ترانزیستوری آن که امروز همگی استفاده می کنیم، در نحوه مدیریت اطلاعات است. دستگاه هایی که با آن ها آشنایی داریم –از اسمارت فون ها و لپ تاپ ها گرفته تا ابرکامپیوترهای Deep Blue - همه چیز را به بیت ذخیره می کنند؛ نامی که به کوچکترین واحد اطلاعاتی می گویند. یک بیت می تواند یکی از این دو ارزش را بگیرد: صفر یا یک. لامپ را در نظر بگیرید؛ یا روشن است (1) یا خاموش (0). یک فایل روی دیسک کامپیوتر شبیه به مجموعه ای است از لامپ که برخی شان روشن هستند و برخی شان خاموش. شما با تجهیز خود به بسیاری لامپ روشن می توانید برای رمزگذاری اطلاعات از عبارتی چون «آلبرت اینجا بود» یا تصویر مونا لیزا استفاده کنید.
وقتی یک دستگاه دو حالته مشکلی را حل می کند، باید مدام این لامپ ها را روشن و خاموش کند و برای اینکه نگذارد حافظه اش را خراب کنند، نتایج محاسبات میانی را نوشته و پاک کند. این کار زمان می برد، برای همین اگر روند پیچیده باشد، کامپیوتر برای مدت بسیار طولانی فکر خواهد کرد. کامپیوترهای کوانتومی برخلاف عموزاده های سنتی خود با استفاده از بیت های کوانتومی یا به طور مختصر همان کیوبیت ها، اطلاعات را ذخیره و پردازش می کنند. آن ها نه تنها می توانند روشن و خاموش شوند بلکه می توانند در حالت گذار (transitional state) و حتی در آن واحد در دو حالت روشن و خاموش قرار بگیرند. کیوبیت مانند لامپی است که خاموشش کرده اید؛ اما همچنان سوسو می زند.
یا مثل گربه شرودینگر (یک آزمایش فکری که در سال ۱۹۳۵ اروین شرودینگر، فیزیکدان اتریشی، ابداع کرد) که هم زنده است و هم مرده. لامپ های کامپیوتر کوانتومی که هم روشنند و هم خاموش کلی در زمان صرفه جویی می کنند. بنابراین، یک کامپیوتر کوانتومی می تواند حتی در مقایسه با قدرتمندترین دستگاه سنتی نیز مشکلات پیچیده را بسیار سریع تر حل کند. گوگل ادعا می کند که ماشین کوانتومی اش که Sycamore نام دارد، توانسته محاسبات را ظرف 3 دقیقه در یک بیت انجام دهد؛ چیزی که یک ابرکامپیوتر معمولی 10 هزار سال طول می کشد تا به این محاسبات برسد. اینجاست که واژه «برتری» پا به میدان می گذارد.
کامپیوترهای کوانتومی در دنیای واقعی
آنطور که دستگیر ما شده است، کامپیوترهای کوانتومی وقتی صحبت از حل کردن مشکلات بسیار پیچیده به میان می آید به شدت سریع عمل می کنند. بنابراین، چرا عصر ترانزیستور هنوز به کتاب های تاریخی نپیوسته است؟ دلیلش این است که این فناوری هنوز نوپاست و وضعیت «لامپ چشمک زن» همچنان ناپایدار است. تازه این را هم باید دانست که هر قدر سیستم کیوبیت های بیشتری در خود داشته باشد، پایدار بودنش سخت تر می شود و امکان سنجیِ محاسبات (از میان کلی موارد دیگر) به تعداد کیوبیت ها بستگی دارد: با دو لامپ -حتی آن رده بالاترین ها -هم نخواهید توانست مونا لیزا را بکشید.
دلایل دیگری هم که توضیح شان از حوصله این متن خارج است، نمی گذارند کامپیوترهای کوانتومی به طور کلی و از ریشه و بن پردازشگرهای خود را تعویض کنند. در نظر داشته باشید که آن ها اطلاعات را به طور کاملاً متفاوتی پردازش می کنند. این بدان معناست که نرم افزارهای مخصوص آن ها باید از ابتدا توسعه داده شود. شما نمی توانید صرفاً ویندوز را روی کامپیوتر کوانتومی نصب کنید؛ بلکه نیاز به یک سیستم عامل کوانتومی کاملاً جدید و اپ های کوانتومی دارید. گرچه دانشمندان و غول های آی تی دارند کمابیش توک پای خود را به ساحل دریای بی کران کوانتوم می زنند اما در حال حاضر کامپیوترهای کوانتومی تقریباً دارند مانند هارد درایوهای خارجی (که توسط کامپیوترهای معمول کنترل می شوند- و بدان متصلند) کار می کنند. آن ها برای حل دامنه محدودی از مشکلات همچون مدلسازیِ اتم هیدروژنی یا جست وجوی پایگاه های اطلاعاتی مورد استفاده قرار می گیرند. با وجود قدرت رایانش کوانتومی شما هنوز هم نمی توانید از آن برای آنلاین شدن و تماشای ویدیوها استفاده کنید. با این حال بسیاری بر این باورند که آینده به رایانش کوانتومی تعلق دارد. اولین کامپیوترهای کوانتومی سال 1999 در بازار دیده شدند. امروز، سازمان های بزرگ چون گوگل، هانی ول، آی بی ام (این مورد آخر به مشتریان دسترسی ابری به کامپیوتر کوانتومی اش را می دهد)، توشیبا، علی بابا و بایدو شدیداً دارند روی این حوزه سرمایه گذاری می کنند. با این وجود، مشکلی که گوگل حل کرد به غیر از نشان دادن قابلیت های رایانش کوانتومی کارایی دیگری ندارد. البته آنقدر پیچیدگی وجود دارد که کاربر روزانه لازم نیست از تمام چم و خم های آن سر دربیاورد. از طرفی نیز همه هم با این ادعای 10 هزار ساله گوگل موافق نیستند. برای مثال آی بی ام مطمئن است که یک ابرکامپیوتر می تواند همین مساله را حل کند، حالا نه در 3 دقیقه؛ اما دیگر از 48 ساعت بیشتر نمی شود.
منبع: کسپرسکی آنلاین