برتری کوآنتومی گوگل به چه معناست؛ آیا باید نگران باشیم؟

محققان گوگل هفته گذشته در خبری پرسروصدا مدعی شدند که به «برتری کوآنتومی» یا Quantum Supermacy دست یافته‌اند. گوگل در مقاله‌ای که به طور موقت در وبسایت ناسا منتشر و بعد حذف شد، اعلام کرد که توانسته با کامپیوتر کوآنتومی خود قوی‌ترین ابرکامپیوتر کلاسیک جهان، موسوم به سامیت (Summit)، را از نظر توان پردازش پشت سر بگذارد.

این اتفاق که اصطلاحا برتری کوآنتومی نامیده می‌شود در واقع به شرایطی اشاره می‌کند که طی آن یک کامپیوتر کوآنتومی اثبات می‌کند که قادر است در انجام یک عملیات خاص نسبت به کامپیوترهای کلاسیک سریع‌تر باشد. مطابق این مقاله، سیستم ۵۳ کیوبیتی Sycamore متعلق به گوگل می‌تواند پردازش خاص و موردنظر این آزمایش را در ظرف سه دقیقه و ۲۰ ثانیه کامل کند، در حالی که ابرکامپیوتر سامیت برای انجام همین همین پردازش به حدود ۱۰ هزار سال زمان نیاز دارد.

دستیابی به برتری کوآنتومی در ابتدا برای اواخر سال ۲۰۱۷ پیش‌بینی می‌شد. اما کامپیوتر ۷۲ کیوبیتی Bristlecone گوگل (تصویر بالا) نشان داد که کنترل این سیستم با دقت کافی کار بسیار دشواری است. در نتیجه محققان تصمیم گرفتند که از سیستم کوچک‌تری به نام Sycamore با ۵۳ کیوبیت استفاده کنند.

کامپیوترهای کوآنتومی به چه دردی می‌خورند؟

برخلاف کامپیوترهای سنتی که برای عملکرد خود به صفر و یک متکی هستند، کامپیوترهای کوآنتومی از کیوبیت‌ها (Qubits) استفاده می‌کنند. یک کیوبیت، یا یک بیت کوآنتومی، سیستمی از نوع مکانیک کوآنتوم با دو وضعیت است. این سیستم می‌تواند متغیرهایی داشته باشد که وضعیت آن‌ها به طور همزمان صفر و یک است. البته این وضعیت دوگانه در هنگام اندازه‌گیری از بین می‌رود.

کامپیوترهای کوآنتومی با گیت‌های سخت‌افزاری مشابه کامپیوترهای کلاسیک ساخته می‌شوند. ولی خروجی‌های کوآنتومی ذاتا ماهیت احتمالی دارند، یعنی دقت و خطاهای آن‌ها باید بررسی شود. به‌علاوه، به خاطر وضعیت ویژه‌ای که متغیرهای این کامپیوتر دارند، نمی‌توانید بدون از بین بردن خروجی در میانه راه محاسبات کوآنتومی را بررسی کنید.

«وضعیت ویژه متغیرها» و «احتمال» از مهم‌ترین خصوصیات کامپیوترهای کوآنتومی است که به درد عملیات‌های ریاضی می‌خورد. افزایش تعداد کیوبیت‌ها امکان محاسبه تقریبا آنی میلیون‌ها احتمال ممکن را فراهم می‌کند. کامپیوترهای کوآنتومی ذاتا بسیار تخصصی هستند. این سیستم‌ها عملا برای انجام محاسبات روزمره‌ای که ما در کامپیوترهای شخصی خود انجام می‌دهیم کاربردی ندارند.

برتری کوآنتومی در حوزه امنیت چه معنایی دارد؟

هرچند کامپیوترهای کوآنتومی در تعریف بسیار عجیب به نظر می‌رسند، اما این سیستم‌ها در حوزه‌های خاص پردازش – خصوصا حوزه‌هایی مثل رمزنگاری که بر تکرار محاسبات پیچیده متکی هستند – کارکردهای بسیار جالبی دارند.

کامپیوترهای کوآنتومی می‌توانند در یک لحظه بی‌شمار حالت ریاضیاتی را بررسی کنند. کامپیوترهای کلاسیک امروزی برای شکستن استانداردهای فعلی رمزنگاری به صدها یا هزاران سال زمان نیاز دارند، در حالی که کامپیوترهای کوآنتومی با سرعت خیلی زیادی می‌توانند این ترکیبات را محاسبه کنند. اگر این کامپیوترها رواج بیشتری پیدا کنند و موفق ظاهر شوند، به‌زودی باید شاهد تحولات عظیمی در حوزه استانداردهای رمزنگاری باشیم.

از سوی دیگر، الگوریتم‌هایی که برای ایمن‌سازی کیف پول رمزارزها و تایید صحت تراکنش‌های این بازار استفاده می‌شوند نیز از سازوکارهای مشابه‌ای استفاده می‌کنند که در آینده در خطر خواهند بود. البته فعلا هیچ نشانه‌ای مبنی بر توانایی کامپیوتر گوگل برای شکستن سیستم‌های رمزنگاری قوی امروزی وجود ندارد، ولی با توجه به رشد نمایی کامپیوترهای کوآنتومی، توان این سیستم‌ها در سال‌های آتی بسیار زیاد و خطرات آن به مراتب بیشتر خواهد شد.

کامپیوترهای کوآنتومی در حال حاضر تا رسیدن به مرحله تجاری شدن فاصله زیادی دارند. این سیستم‌ها هنوز در مرحله توسعه قرار گرفته‌اند و بسیار بعید است که به این زودی از آن‌ها برای شکستن رمزنگاری گذرواژه‌ها استفاده شود. اما در هر صورت، استانداردهای رمزنگاری باید بهبود پیدا کنند تا خطر شکسته شدن آن‌ها در آینده دور یا نزدیک به حداقل برسد.