بررسی چیستی و چگونگی کامپیوتر کوانتومی(Quantum computing)

بررسی چیستی و چگونگی کامپیوتر کوانتومی(Quantum computing)

بررسی چیستی و چگونگی کامپیوتر کوانتومی(Quantum computing) 


پس از گذشت چند دهه از مطرح شدن ایده ساخت رایانه های کوانتومی، به نظر می‌رسد که نتایج مثبتی حاصل شده است؛ اما کامپیوتر کوانتومی چیست و پردازش کوانتومی چگونه خواهد بود؟

کامپیوترهای کوانتومی هیچگاه همچون کامپیوترهای معمولی روزی به دفتر یا کارتان آورده نمی‌شوند یا در جیبتان جای نمی‌گیرند. کامپیوترهای کوانتومی امروزی کاملا شکننده‌اند و باید در دمای نزدیک به صفر مطلق نگهداری شوند.

کامپیوترهای کوانتومی به هیچ وجه شبیه کامپیوترهای رومیزی نیستند که همه ما با آن‌ها آشنا هستیم، بلکه کاملا نوع جدیدی از دستگاه محاسباتی محسوب می‌شوند که قادر به انجام محاسباتی بسیار پیچیده هستند. اخیرا در مورد قدرت کامپیوترهای کوانتومی صحبت‌های زیادی شده است. بحث‌هایی مبنی بر اینکه کامپیوترهای کوانتومی چگونه دنیا را متحول کرده و ابعاد جدید محاسباتی را به روی ما می‌گشایند.

هم اکنون دانشگاه‌ها و موسسات تحقیقاتی بسیاری در سراسر جهان به دنبال ساخت و اثبات تکنولوژی کوانتومی هستند. اما کامپیوترهای کوانتومی چگونه کار می‌کنند؟ چه کارهایی انجام می‌دهند و اساسا چه اهمیتی دارند؟ 

کامپیوتر کوانتومی چیست

با وجود تمامی شنیده‌ها، محاسبات کوانتومی بیش و کم در دورانی شبیه محاسبات کلاسیک در دهه‌ی ۱۹۵۰ قرار دارند، یعنی دقیقا زمانی که رایانه‌هایی با اندازه یک اتاق در لوله‌های خلاء کار می‌کردند. اما کامپیوترهای کوانتومی به طور بالقوه قادر به ایجاد انقلابی در محاسبات هستند. قبل از اینکه به مبحث اهمیت کامیپوترهای کوانتومی بپردازیم، بهتر است که نگاهی به تئوری مکانیک کوانتومی داشته باشیم.

ممکن است این موضوع تا حد زیادی پیچیده باشد، اما قوانین مکانیک کوانتومی از طبیعت ذراتی که جهان ما را تشکیل داده‌اند (همانی قوانین جاری در لوازم الکترونیکی و گجت‌ها) پیروی می‌کنند.

مفهوم کامپیوترهای کوانتوم بسیار جدید است. این مفهوم در دهه ۸۰ توسط ریچارد فینمن (Richard  Feynman) ارائه شد. او یک نابغه فیزیک نظری اهل آمریکا بود که موفق به دریافت جایزه نوبل هم شده بود. وی پتانسیل کامپیوترهای کوانتوم را در پردازش سریعتر پیش‌بینی کرده بود ولی فیزیک نظری همه چیز را در حد پیش‌بینی و حرف ارائه می‌کند و کار ساخت را به مهندسان و فیزیکدانان عملی واگذار می‌نماید.


در کامپیوترهای معمولی که امروزه همه ما در اختیار داریم، تنها دو گزینه وجود دارد: روشن یا خاموش، صفر یا یک. تمام اطلاعاتی که در کامپیوترهای فعلی ذخیره می‌شود چیزی جز رشته‌هایی از صفر و یک نیست. در رم و سی‌پی‌یو مدارها را به گونه‌ای طراحی کرده‌اند که وقتی جریان یا بار ذخیره شده از حدی کمتر بشود، صفر و بیشتر از آن حد یک تلقی می‌گردد. در هارد دیسک این صفر و یک به وسیله مغناطیس بودن یا نبودن و یا به وسیله‌ی قطب شمال و جنوب مشخص می‌شود. کل سیستم پیچیده‌ای که در دستان شما و در جیب شماست چیزی جز مجموعه‌ای از صفر و یک نیست. هر برنامه‌ای که بر روی موبایل خود اجرا می‌کنید، حاصل انجام اعمال ریاضی و منطقی بر روی رشته‌ای از صفر و یک است. هر واحد کوچک که یک صفر یا یک را ذخیر می‌کند یک بیت نامیده می‌شود. توان کامپیوتر شما به تعداد ترانزیستورهای دودویی است که در سی پی یو آن قرار دارد.

در سال ۱۹۷۱، اولی پردازشگر اینتل با ۲۳۰۰ ترانزیستور ساخته شد. پردازنده‌های فعلی اینتل بیش از ۵ میلیارد ترانزیستور دارند. درست است که این عدد بسیار بزرگی است و نسبت به سال ۱۹۷۱ پیشرفت زیادی صورت گرفته است ولی اصل قضیه عوض نشده است و هم‌چنان در قید و بند دو حالت صفر و یک هستیم. کامپیوترهای کوانتوم این محدودیت دو حالتی صفر و یک را از بین می‌برند.


زمانی که یک شی به طور همزمان، دو شی است!


در جهان ما، به یکی بودن یک شی عادت کرده‌ایم. به عنوان مثال، یک سکه تنها می‌تواند خط باشد یا شیر؛ اما اگر سکه از قوانین مکانیک کوانتومی پیروی کند، می‌تواند مشغول چرخیدن در هوا باشد. بنابراین تا زمانی که سکه به زمین نرسد، نمی‌توانیم بدانیم که شیر است یا خط!

مشخصا در این زمان، سکه هم خط و هم شیر است. ما یک موضوع را در مورد این سکه می‌دانیم. احتمال دارد سکه، شیر باشد یا خط، اما در محاسبات کوانتومی سکه‌ای که خط نیست، شیر هم نیست. به عنوان مثال، بر حسب احتمالات، سکه می‌تواند ۲۰ درصد شیر و ۸۰ درصد خط باشد. به لحاظ علمی، چگونه امکان دارد که یک شی به این صورت باشد و چگونه می‌توان آن را به این صورت توصیف کرد؟

می‌توانید از این معادله برای پیدا کردن احتمال برخی خواص ذرات استفاده کنید.به این دلیل که این محاسبات ریاضیاتی اعداد پیچیده‌ای دارند، تنها نمی‌تواند شامل توضیح احتمال خط یا شیر بودن سکه باشد، بلکه توصیفی از احتمال پیچیده‌ای است که می تواند شامل نحوه چرخش سکه هم باشد.

با همه‌ی این محاسبات عجیب، یک انطباق جالب هم داریم، سکه‌ای که در هوا می‌چرخد، همزمان می‌تواند شیر یا خط باشد. در این مورد تداخل وجود دارد، یعنی احتمالی که امواج برهم نهی (Superposition) داشته باشند و درهم تنیدگی (Entanglement)، همچون اینکه تعدادی سکه را همزمان بچرخانیم و به این جهت، احتمال نتایجی خاص تغییر می‌کند؛ چرا که هم اکنون با یک درهم تنیدگی مواجه‌ایم. این مواردی که از کامپیوتر کوانتومی برداشت می‌شوند، به وجود آمدن الگوریتم‌های جدیدی منتهی می‌شوند.

ایده ساخت کامپیوتر کوانتومی برای نخستین بار در دهه‌ی ۱۹۸۰ مطرح شد. اما این فرضیه، بیشتر شبیه اولین روش نوشتن نت‌های موسیقی بود، نت‌هایی که هیچ وسیله‌ای برای نواختن آن‌ها وجود نداشت و هیچ موسیقی هم برای آن‌ها نوشته نشده بود.


چرا محاسبات کوانتومی اهمیت دارد؟


در تئوری، با محاسبات کوانتومی می توان اعداد صحیح را تجزیه کرد. محاسبات کوانتومی پیامدهای جدی برای سیستمهای رمزنگاری که امروزه استفاده می شوند خواهد داشت. الگوریتم شور (Shor algorithm) توجیه فنی تجزیه ی اعداد اول را نشان می دهد، هر چند در حال حاضر، بزرگترین عددی که با استفاده از یک رایانه ی کوانتومی و الگوریتم شور تجزیه شده است عدد ۲۱ است.

یک کامپیوتر کوانتومی چگونه کار می‌کند؟

مارتین لافورست، مدیر ارشد برنامه ریزی علمی موسسه محاسبات کوانتومی در دانشگاه واترلو در کانادا، می‌گوید:

از برخی جهات، ما طی ۶۰ سال گذشته چنین کاری انجام داده‌ایم. قواعدی که برای محاسبه استفاده کرده‌ایم، تغییر نکرده‌اند، ما هنوز هم از بیت‌ها و بایت‌ها و عملیات منطقی بهره می‌بریم. کامپیوترهای کوانتومی قوانین پردازش را به کلی دگرگون می‌کنند.

کامپیوترهای سنتی محاسبات خود را با استفاده از بیت‌ها انجام می‌دهند که می‌تواند به عنوان بار الکتریکی در پردازنده‌ها و حتی فرورفتگی‌های کوچک درون سی‌دی‌ها ذخیره شوند. یک بیت فقط دو انتخاب دارد که ما آن را با یک و صفر نشان می‌دهیم. هر معادله‌ای با دو گزینه‌ی انتخابی، یک بیت است.

تمام محاسبات به وسیله‌ی تنظیمات و بیت‌های مرتبط انجام می‌شوند، عملیات‌هایی به مانند: «اگر این بیت صفر و این بیت یک است، بیت سوم، را به یک تبدیل کنید و در غیر این صورت، به صفر تبدیل کنید».

محاسبات کوانتومی می‌تواند به شرکت‌های داروسازی کمک کند، داروهای جدیدی با خواص جدید بسازند. 

محاسبات کوانتومی می‌تواند به شرکت‌های داروسازی کمک کند، داروهای جدیدی با خواص جدید بسازند

کوبیت (مخفف بیت کوانتومی) همچون یک بیت معمولی است، اما در عین حال هم صفر و هم یک است. این همان سکه‌ای است که در حال چرخش در هواست. یک کامپیوتر کوانتومی همانند پرتاب کردن سکه‌های متعدد به صورت همزمان است، به جز اینکه این سکه‌های در حال چرخیدن، از قوانین انطباق، برهم نهی و درهم تنیدگی پیروی نمی‌کنند.

یک کامپیوتر کوانتومی ۵۶ کوبیتی برای پردازش نیاز به حافظه ای معادل ۴.۵ ترابایت در کامپیوترهای کلاسیک دارد.

محاسبات کوانتومی ویژه هستند. همانطور که قبلا اشاره شد، از آنجایی که در محاسبات اعداد پیچیده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، احتمالات خاصی محاسبه می‌شود. در این صورت نه تنها شیر یا خط، بلکه همچنین جهت‌گیری خود سکه هم در نظر گرفته می‌شود. بنابراین، وقتی سکه‌ها به هوا پرتاب می‌شوند، سکه‌ها با جهت‌گیری‌های مختلفی به یکدیگر برخورد می‌کنند و برخی از این برخوردها احتمال نتیجه نهایی را تغییر می‌دهند.

گاهی اوقات سکه‌ها به هم برخورد می‌کنند و نتایج را تغییر می‌دهند و نتایج خاصی کمتر رخ می‌دهند. گاهی اوقات هم سکه‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند و احتمال رخ دادن برخی نتایج خاص را بیشتر می‌کنند، همه اینها رفتارهای برهم نهی هستند.

اسکات آرونسون، دانشمند علوم نظری کامپیوتر از دانشگاه تگزاس، آستین، می‌گوید:

اصل اساسی یک کامپیوتر کوانتومی این است که از این پدیده در مقیاس وسیعی بهره ببرد. در واقع، اساسا طرح‌ریزی دقیق یک الگوی برهم نهی.

بنابراین اگر می‌خواهید همه چیز را به جز جوابی که به دنبالش هستید، حذف کنید یا می‌خواهید که سکه‌ها در هوا با هم برهم نهی داشته باشند. برای ناظر، جواب دقیقا همانند خروجی بیت‌های منظم است و قوانین مکانیک کوانتومی در پس زمینه اتفاق می‌افتند.


چه کارهایی را می‌توان با رایانه‌های کوانتومی انجام داد؟


ریچارد فاینمن، فیزیکدان مشهور در سال ۱۹۸۲، برای نخستین بار ایده ساخت کامپیوتر کوانتومی را در یک مقاله توضیح داد، کامپیوتری که می‌توانست با استفاده از مکانیک کوانتومی برخی مسائل محاسباتی را حل کند.  اما این تا زمانی بود که ریاضیدانان الگوریتم‌هایی برای آن نوشتند که این نوع محاسبات را قابل استفاده کرده و به این ترتیب، این رویا منطقی‌تر شد. نظریه‌پردازان، موسیقی‌ها (الگوریتم‌ها) را نوشتند، در حالی که فیزیکدانان مشغول ساختن سازهای (کامپیوترهای کوانتومی فیزیکی) آن بودند.

اما اکنون تنها بیت‌های کوانتومی عجیبی در اختیارتان قرار گرفته‌اند که خروجی آن‌ها را قبلا نمی‌توانستید حدس بزنید. اکنون باید بدانید که چگونه از آن‌ها استفاده کنید. امروزه محققان فکر می‌کنند که زمینه‌های مختلفی وجود دارد که یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند بهتر از کامپیوترهای کلاسیک مسائل را حل کند.

بدیهی است که می‌توان از این بیت‌های کوانتومی برای شبیه‌سازی در زمینه‌هایی استفاده کرد که از قوانین مکانیک کوانتوم پیروی می‌کنند، یعنی اتم‌ها و مولکول‌ها. دانشمندان می‌توانند از کوبیت‌ها برای مدل‌سازی مولکول‌ها و  نحوه‌ی تعاملات آن‌ها با هم استفاده کنند. این می‌تواند به شرکت‌های داروسازی کمک کند تا داروهای جدیدی با خواص جدید بسازند.


مدل سازی مولکول کافئین


رابرت سوتور، معاون بخش شناختی، بلاک چین و راهکارهای کوانتومی شرکت آی بی ام، می‌گوید که نشان دادن رفتار کامل مولکول‌های کافئین، از جمله قوانین مکانیکی کوانتومی ذرات، ممکن است که تنها به ۱۶۰ کوبیت نیاز داشته باشد. انجام این کار با یک کامپیوتر کلاسیک با این سطح از جزئیات نیاز به حدود  ۱۰۴۸ بیت داشته که واضح است، عدد بسیار بزرگی است و نیاز به صدها ترابایت حافظه دارد.

الگوریتم‌های دیگری هم وجود دارد که محققان فکر می‌کنند ممکن است موجب افزایش سرعت رایانه‌های کلاسیک شوند. به عنوان مثال، الگوریتم گرور، می‌تواند به جستجوی بهینه‌سازی شده کمک کند. برخی محققان هم مشغول استفاده از محاسبات کوانتومی در هوش مصنوعی و یا حل برخی مشکلات بهینه‌سازی در زمینه‌های دیگر هستند.

 دانشمندان می‌توانند از کوبیت‌ها برای مدل‌سازی مولکول‌ها و  نحوه‌ی تعاملات آن‌ها با هم استفاده کنند.اما شاید مورد بحث‌ترین مبحث کامپیوترهای کوانتومی الگوریتم شر باشد که می‌تواند تقریبا نحوه رمزنگاری همه اطلاعات را تغییر دهد. الگوریتم شر در سال ۱۹۹۴ توسط پیتر شر مطرح شده است، هدف این الگوریتم فاکتورگیری از عدد صحیح است. فاکتورگیری به معنای واقعی یعنی همان چیزی که در مدرسه آموخته‌اید، به این ترتیب، می‌توانید، ۱۵ را به ترتیب به فاکتورهای ۳، ۵ و ۵ تقسیم کنید. جمع کردن اعداد با یکدیگر، یک کار محاسباتی ساده است، اما فاکتورگیری از اعداد بزرگ، نیاز به صرف زمان زیادی دارد.

محققان بر این باورند که هنوز سال‌ها تا آزمایش موفق یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی فاصله داریم. رمزنگاری مدرن مبتنی بر این دانش است، بنابراین بسیاری از اطلاعات در ساده‌ترین شکل آن، شامل اطلاعاتی رمزنگاری شده با تبدیل اشیا به اعداد، ضرب کردن آن‌ها با یکدیگر و همسو کردن آن‌ها با فاکتورگیری هستند. رمزنگاری در همه جا مورد استفاده قرار می‌گیرد، از کلمه‌های عبور مختلف تا بانکداری و شبکه‌های اجتماعی. اما اگر یک کامپیوتر کوانتومی بتواند الگوریتم شر را اجرا کند و این رمزنگاری را بشکند، روش‌های رمزنگاری قدیمی دیگر امن نخواهند بود.  البته تمام محققان فعال در این زمینه اذعان دارند که هنوز دهه‌ها با رمزنگاری آر اس ای فاصله دارند. اما دانشمندان در مسیر خوبی قرار دارند و محاسبات ریاضی جدیدی می‌تواند برای رمزنگاری مورد استفاده قرار گیرد.

استیفن هاس، فیزیکدان تئوری دانشگاه کالیفرنیا، می‌گوید:

فکر می‌کنم در این سطح، محاسبات کوانتومی بیشتر شبیه جنگ سرد است. درواقع شما به این جهت می‌خواهید سلاح هسته‌ای داشته باشید که دیگران سلاح هسته‌ای دارند.


یک کوبیت فیزیکی


دانشمندان به ترانزیستورها، سوئیچ‌های الکتریکی کوچک، برای ذخیره بیت‌ها و ساخت کامپیوترهای معمولی نیاز دارند. به همین ترتیب، آن‌ها نیاز به سخت افزارهایی دارند که بتوانند بیت‌های کوانتومی را ذخیره کنند. مسئله کلیدی در ساخت یک کامپیوتر کوانتومی یافتن راهکاری برای مدل‌سازی یک سیستم کوانتومی است که قابل کنترل باشد، در واقع احتمالات و نوع جهت‌گیری سکه‌ها را تعیین کنند.

این مورد را می‌توان با اتم‌هایی که به وسیله‌ی لیزر، فوتون و دیگر سیستم‌ها به دام افتاده‌اند، انجام داد. اما اکثر موسسات و شرکت‌هایی که مدل‌های اولیه‌ی کامپیوتر کوانتومی را طراحی کرده‌اند، چنین کامپیوتری را با استفاده از ابررساناها و قطعات بسیار پرسرعت الکترونیکی ساخته‌اند.

دنیای محاسبات کوانتومی اکنون بیش‌تر به جنگ سرد شبیه است. درواقع بسیاری به این جهت می‌خواهند سلاح هسته‌ای (کامپیوتر کوانتومی) داشته باشند که دیگران سلاح هسته‌ای دارند!

این کامپیوترها به مانند میکروچیپ‌های کوچک هستند. بجز اینکه این میکروچیپ‌ها به اندازه یک اتاق هستند و در دمای کمی بالاتر از صفر مطلق نگه‌داری می‌شوند. این ابررساناها در زمان انجام عملیات‌های محاسبات کوانتومی برای مدتی طولانی در این دما نگه داشته می‌شوند. ایرفان سیدیکی، محققی از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی می‌گوید که انواع دیگر سیستم‌ها می‌توانند محاسبات کوانتوم را به مدت طولانی انجام دهند، اما کندتر هستند.

سه نوع کوبیت از این الکترون‌ها وجود دارد که بر حسب ساختار و خواص فیزیکی متفاوت خود، شار، شارژ و مرحله کوبیت نامیده می‌شوند. همه آن‌ها برای کار کردن به چیزی به نام اتصال جوزفسون متکی هستند. اتصال جوزفسون قطعه کوچک ابررسانای غیراشباع است که بین سیم‌های ابررسانایی قرار دارد، جایی که الکترون‌ها بدون مقاومت حرکت کرده و اثرات کوانتومی واضحی در سیستم‌های بزرگ‌تر را نشان می‌دهند.

دستکاری جریان از طریق سیم‌ها به فیزیکدانان اجازه می‌دهد کوبیت‌ها را در این سیستم‌ها تنظیم کنند. امروزه این سیستم‌ها بسیار شکننده هستند. آن‌ها به وسیله‌ی هر گونه سر و صدا به بیت‌های کلاسیک تبدیل می‌شوند و هر کوبیت اضافی، پیچیدگی بیشتری را به مجموعه‌ی محاسباتی اضافه می‌کند. بزرگ‌ترین کامپیوترهای کوانتومی امروزی کمتر از ۲۰ کوبیت دارند. در این مورد یک استثنا هم وجود دارد و آن کامپیوتر شرکت دی ویو سیستمز است که ۲ هزار کوبیت در آن به صورت جداگانه عمل می‌کنند.

انجام محاسبات با این کوبیت‌ها می‌تواند، چالش‌برانگیز باشد. کامپیوترها معمولی دارای تصحیح خطای مبتنی بر تست افزونگی هستند، در این مکان‌ها بیت‌های چندگانه‌ای در صورت شکست در عملیات، عملکرد مشابهی را انجام می‌دهند. برای اینکه یک کامپیوتر کوانتومی این کار را انجام دهند، باید کوبیتی‌های اضافی را به طور خاص جهت بررسی خطاها در سیستم‌های خود داشته باشند.

اما ماهیت مکانیک کوانتومی باعث می‌شود که اصلاح این خطاها نسبت به کامپیوترهای کلاسیک بسیار دشوارتر شود. در حقیقت حدود ۲ هزار کوبیت فیزیکی برای پدید آوردن یک کوبیت قابل اعتماد باید پشت سر هم کار کنند.

لافورست می‌گوید:

یک کامپیوتر کوانتومی همیشه خطایی خواهد داشت.

مولکول‌های مدل‌سازی شده به اندازه کافی دقیق نیستند، به همین دلیل محققان در چندین سیستم چند کوبیتی این نوع شبیه‌سازی ها را انجام می‌دهند. محققان اذعان دارند که با کوبیت‌های بهتر و تحقیقات بیشتر، رفته رفته به ساخت و توسعه پردازنده‌های چند کوبیتی نزدیک‌تر می‌شوند.


چه موسسات و شرکت‌هایی مشغول ساخت کامپیوتر کوانتومی هستند؟


دانشگاه‌ها، آزمایشگاه‌های ملی و شرکت‌هایی مانند آی بی ام، گوگل، مایکروسافت و اینتل هم اکنون به دنبال ساخت و توسعه کامپیوترهای کوانتومی هستند. این شرکت‌ها و موسسات که تاکنون توانسته‌اند، کامپیوترهای کوانتومی با پردازنده‌های ۲۰ کوبیتی (یا بالاتر) توسعه دهند و به طور همزمان کامپیوترهای کوانتومی را با کامپیوترهای کلاسیک شبیه‌سازی کنند. اما حدود ۵۰ کوبیت محدود محسوب می‌شود. شرکت آی بی ام به تازگی، کامپیوتر کوانتومی ۵۶ کوبیتی را توسعه داده است، چیزی که در یک کامپیوتر کلاسیک به ۴.۵ ترابایت حافظه برای پردازش نیاز دارد.

دانشگاه‌ها، آزمایشگاه‌های ملی و شرکت‌هایی مانند آی بی ام، گوگل، مایکروسافت و اینتل هم اکنون به دنبال ساخت و توسعه کامپیوترهای کوانتومی هستند

هر شرکتی روش نسبتا متفاوت خود را برای ساخت و توسعه دستگاه‌های ابررسانا دارد. رابرت سوتور، مدیر ارشد بخش توسعه و تحقیق شرکت آی بی ام می‌گوید که این شرکت با یک برنامه‌ی بلند مدت امیدوار است که کامپیوتر کوانتومی بسازد که روزی بتواند از طریق سرویس‌های ابری به کامیپوترهای کلاسیک متصل شود.

شرکت اینتل هم اکتبر سال گذشته با رونمایی از کامپیوتر کوانتومی ۱۷ کوبیتی خود وارد عرصه رقابت محاسبات کوانتومی شد. مایکروسافت هم هدف مشابه بلند مدتی برای ساخت کامپیوتر کوانتومی دارد. شایعات فراوانی وجود دارد که ادعا می‌کنند، گوگل هم قرار است یک کامپیوتر کوانتومی ۴۹ یا ۵۰ کیوبیتی را آزمایش کند. برتری کوانتومی به این معناست که یک الگوریتم جداگانه همیشه می‌تواند موجب برتری شود و موجب حل مسائلی شود که کامپیوترهای کلاسیک قادر به حل آن نیستند.

با وجودی که به نظر می‌رسد شرکت‌های مختلفی هدف‌های بلند مدتی را برای توسعه و ساخت کامپیوترهای کوانتومی طرح‌ریزی کرده‌اند؛ اما در این میان، گوگل هنوز اظهار نظر واضحی در مورد ساخت یک رایانه کوانتومی نکرده است. در حالی که به نظر می‌رسد، سال ۲۰۱۸، سال رونق محاسبات کوانتومی است، اما اینطور نیست و در عوض اکثر محققان بر این باورند که هنوز سال‌ها تا آزمایش موفق یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی فاصله داریم.

مشکلات بهینه‌سازی، همچون یافتن بهترین راه حل از بین مجموعه‌ای از راه‌حل‌های خوب. این نوع مشکلات به طور بالقوه در امور مالی کاربردهای زیادی خواهند داشت. بر خلاف رقبا، دی ویو نیاز ندارد که خطاهای کوبیت‌هایش تصحیح شوند. در عوض، این کامپیوتر کوانتومی، با اجرای چندین باره الگوریتم‌ها در بازه‌ی زمانی چند ثانیه‌ای خطاهای خود را تصحیح می‌کند.

کامپیوترهای کوانتومی چه مزایایی ممکن است داشته باشند؟ چرا به دنبال توسعه‌ی آن‌ها هستیم؟ همان‌طور که لاکین مطرح کرد، کاربردهای بالقوه‌ای ورای شکستن رمزگذاری‌ها وجود دارد؛ کاربردهایی که متخصصان بسیار درباره‌ی آن‌ها هیجان‌زده‌اند. به عنوان مثال، کامپیوترهای کوانتومی تاثیر بسیاری بر سنسورهای کوانتومی دارند. لاکین می‌گوید:

با توجه به قدرت پردازشی این کامپیوترها، کامپیوترهای کوانتومی پتانسیل تغییر تشخیص‌های پزشکی را دارند. تصور کنید که پیامدهای استفاده از این کامپیوترها در کشورهای جهان سوم نظیر آفریقا، چه مقدار می‌تواند باشد؛ این فناوری می‌تواند به شناسایی و درمان بیماران کمک کند. به عقیده‌ی من این فناوری می‌تواند بر جامعه نیز تاثیر بسیاری داشته باشد.

همچنین قدرت پردازشی کامپیوترهای کوانتومی می‌تواند تحقیقات حوزه‌ی هوش مصنوعی را نیز پیش ببرد. در پایان لاکین بیان می‌کند: من کاملاً متقاعد شده‌ام که پیش از آنکه از کامپیوترهای کوانتومی برای شکستن رمزگذاری‌ها استفاده شود، ما الگوی رمزگذاری جدیدی نظیر رمزنگاری کوانتومی، خواهیم داشت.

همانند لیزرها و فناوری هسته‌ای، دانشمندان فعال درزمینه‌ی کامپیوترهای کوانتومی قادر به پیش‌بینی تمام استفاده‌های این فناوری نیستند. کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند کاربردهای بسیار مهمی داشته باشند؛ اما حتی باوجود در نظر گرفتن پتانسیل فناوری رمزنگاری جدید، ما باید از قدرتی که این کامپیوترها به همراه دارند، آگاهی کافی داشته باشیم.


چشم انداز کامپیوتر کوانتومی


آرونسون در این مورد می‌گوید:

بنابراین ممکن نیست که به این زودی‌ها صاحب یک کامپیوتر کوانتومی شوید و احتمالا هیچگاه هم ممکن نخواهد بود. در چند سال آینده ممکن است درباره برخی مزایای محاسبات کوانتومی مانند پیشرفت‌های بیوشیمیایی چیزهایی بشنوید، اما مزایای دیگر رایانه‌های کوانتومی را می‌توانید طی دو دهه‌ی آینده بشنوید. مورد دیگر اینکه، هنوز هیچ دلیلی وجود ندارد که نشان دهد یک کامپیوتر کوانتومی از کامپیوتر کلاسیک بهتر است.


آیا کامپیوترهای کوانتومی بیت کوین را نابود خواهند کرد ؟


اساس کار بلاک چین که بیت کوین و دیگر  ارزهای دیجیتال بر روی آن پیاده سازی شده اند ، بر اساس محاسبات ریاضی است که توسط کامپیوترهای سراسر جهان انجام می شود . هم اکنون تمامی این پردازش و رمزنگاری ها توسط ابر کامپیوترهای کلاسیک انجام می شود.

بیتکوین به طور طبیعی در برابر محاسبات کوانتومی مقاوم است

هرچقدر هم که این کامپیوترها قدرتمند باشند، پروتکل رمزنگاری بیتکوین به احتمال زیاد امن خواهد ماند.

پروتکل زیرساختی بیتکوین یعنی SHA-256، در برابر حملات بسیار مقاوم است؛ آنقدر که احتمالا در برابر یورش خشن ترین کامپیوترهای کوانتومی هم دوام بیاورد. مقاله ای در bitcoinnotbombs.com در رابطه با این موضوع می گوید که SHA-256 به اندازه کافی برای مقابله با حملات قوی است. این مقاله می نویسد:« در بیتکوین کلید عمومی شما در ابتدا عمومی نمی شود. زمانی که شما آدرس بیتکوینی خود را برای کسی می فرستید، این آدرس یک هش از کلید عمومی شماست و نه خود کلید عمومی. تابع هش یک تابع رمزنگاری یکطرفه است که ورودی را گرفته و خروجی هش شده به شما تحویل می دهد. منظور از یکطرفه این است که از خروجی نمیتوان به ورودی رسید.»