مي‌گويند كامپيوترهاي كوانتومي به راحتي قادر به شكستن الگوريتم رمزنگاري فعلي هستند و همين مي‌تواند ساختار فعلي اينترنت را به‌طور كامل به هم بريزد. دو كشور آمريكا و چين براي دسترسي سريع‌تر به اين سيستم تكنولوژيك ميلياردها دلار سرمايه‌گذاري كرده‌اند. سيستمي كه به كمك آن بتوانند صنعت پردازش و محاسبه جهان را متحول كنند. سوال اما اين است كه چه كسي زودتر تر از بقيه به اين تكنولوژي دست پيدا مي‌كند.
سال ۱۹۹۴، زماني‌كه كامپيوترها به وفور امروز نبود، يك رياضي‌دان به نام «پيتر شُر»، چيزي را اختراع كرد كه يك اتفاق بزرگ محسوب مي‌شود. وي در سيستم خود از نوعي عمليات پردازشي به نام factoring استفاده كرد، كه بعدها تبديل به پاشنه آشيل اينترنت شد. البته آقاي شُر آن زمان هيچ كامپيوتري نداشت كه بتواند چنين سيستم پيچيده‌اي را روي آن پياده كند. او تنها يك الگوريتم و يك يك برنامه نوشته بود كه مخصوص يك ماشين فرضي بود، دستگاهي كه يك روز بتواند مانند آنچه در مكانيك كوانتوم آمده، اجزاي اتم‌ها و ديگر قسمت‌هاي مربوط به اتم‌ها را نشان داده و همچنين بتواند محاسباتي را انجام دهد كه كامپيوترهاي معمولي از انجام آن عاجز هستند. او حتي نمي‌دانست كه پياده شدن اين الگوريتم ممكن است به هزاران و شايد حتي ميليون‌ها سال زمان نياز داشته باشد. آقاي شُر در سال ۱۹۹۴ در مقاله‌اي نوشت: «سوال اينجاست كه آيا استفاده از مكانيك كوانتوم در يك كامپيوتر حقيقتا قدرت پردازشي كامپيوتر را بالا مي‌برد؟» سوال آن روز او را حالا در دنياي امروز مي‌توان پاسخ داد. سال گذشته يك تيم از شركت گوگل به دستاورد جديد پردازشي رسيد كه «quantum supremacy» يا «برتري كوانتومي» نام دارد و زماني اتفاق مي‌افتد كه يك كامپيوتر كوانتومي محاسبه‌اي سريع‌تر از كامپيوترهاي معمولي انجام مي‌دهد.
دو كارمند گوگل، جاش مارتين و همكارش در پستي وبلاگي در اين باره نوشتند: «ماشين ما محاسبه مدنظر را در ۲۰۰ ثانيه انجام داد، در حالي كه حتي پرسرعت‌ترين سوپر كامپيوتر دنيا براي انجام چنين محاسبه‌اي ۱۰ هزار سال نياز دارد.» ماه گذشته نيز يك تيم تحت مديريت Pan Jianwei در دانشگاه علوم و تكنولوژي چين، در ژورنال Science اعلام كردند كه سيستم كوانتومشان، محاسبه‌اي را ۱۰۰ تريليون بار پرسرعت‌تر از كامپيوترهاي معمولي انجام داد كه ركورد گوگل را هم شكسته است.
در هر دو خبر، نمونه‌هاي اوليه يك ماشين نيز نمايش داده مي‌شود كه در يك آزمايشگاه مشغول انجام محاسبه هستند، محاسبه‌اي كه از هر جنبه‌اي كه فكرش را كنيد، بعيد به نظر مي‌آيد كه روزي به درد انسان‌ها بخورد.
هنوز هيچ‌كس ادعا نكرده كه مي‌تواند از الگوريتم آقاي شُر استفاده كند اما ظاهرا سرمايه‌گذاري‌هاي سنگيني به اين منظور انجام مي‌شود و صدها مهندس و متخصص از شركت‌هاي بزرگي مانند گوگل، IBM و آمازون گرفته تا دانشگاه‌ها و مراكز تحقيقاتي تلاش مي‌كنند تا اولين نفري باشند كه اين تئوري را عملي مي‌كنند.
اين گروه‌ها صرفا به دنبال كامپيوترهاي پرسرعت‌تر نيستند بلكه مي‌خواهند روش اساسي متفاوتي براي صنعت پردازش ابداع كنند. كامپيوترهاي كوانتومي مي‌توانند منجر به انقلاب صنعتي مانند توليد ريزتراشه‌ها شوند، كه توانست تاثير عظيمي در صنعت اينترنت و تكنولوژي ايجاد كند. زيرمجموعه‌هاي كاربردي محاسبات ديجيتال به قدري وسيع است كه مي‌تواند قدرت زيادي در حوزه‌هايي مانند هوش‌مصنوعي وارد كند. چين از آن دسته كشورهايي است كه مدت‌هاست در تكنولوژي كوانتوم سرمايه‌گذاري كرده است. اين كشور در سال ۲۰۱۶ ماهواره‌اي به فضا اعزام كرد كه در آن قدرت رمزنگاري كوانتوم - و نه صرفا پردازش كوانتوم - به نمايش گذاشته شد. البته در اين حوزه نوين رمزنگاري كوانتوم، از تكنولوژي مشابه حوزه پردازش كوانتومي استفاده مي‌شود.
بسياري در اين بين نگرانند كه آمريكا، در حوزه كوانتوم، جايگاه برتر خود را به چين واگذار كند، زيرا برخلاف چين كه در اين زمينه فعال بوده، آمريكا ظاهرا استراتژي‌هاي محافظه‌كارانه‌تر و كم سر و صداتري در اين زمينه در پيش گرفته است.
اما يكي از اصلي‌ترين مسائلي كه در زمينه اين حوزه جديد نگران‌كننده است، مساله امنيت است. زماني كه تكنولوژي كوانتومي همه‌گير شود، چه اتفاقي براي حريم شخصي و تمام رمز و رازهاي كاربران مي‌افتد؟ آيا ممكن است يك روز از خواب بلند شويم و بفهميم كه چين تمام ايميل‌هاي ما را خوانده است؟ آيا الگوريتم شُر مي‌تواند تبديل به تهديد شود؟
معني «برتري كوانتومي»
جان مارتين از متخصصاني است كه از دهه ۱۹۸۰ در زمينه كامپيوترهاي كوانتوم تحقيق مي‌كند. او مي‌گويد: «قبل از اينكه حتي كلمه «كيوبيت» اختراع شود (كيوبيت qubit اساسي‌ترين قسمت اطلاعاتي در يك كامپيوتر كوانتوم است) -مشابه bit در كامپيوترهاي معمولي اما با تفاوت‌هاي مهم-يك بيت مي‌تواند يا صفر يا يك باشد، يك كيوبيت مي‌تواند همزمان، هر دو باشد يا هر چه كه بين اين دو عدد است. يك بيت، يك قسمت كوچك از شارژ الكتريكي در يك تراشه سيليكوني است، كه كامپيوترهاي كلاسيك از آنها استفاده كرده و عمليات‌هاي پردازشي خود را انجام مي‌دهند. اما يك كيوبيت، يك اتم يا ذره زير اتمي است كه اطلاعات را به روشي منحصر به فرد و بر اساس قوانين كوانتوم ذخيره مي‌كند. به عبارت ديگر، بيت، قسمتي جداگانه از اطلاعات است و يك كيوبيت، جزئي از مجموع اطلاعات است كه با ديگر كيوبيت‌ها گره خورده است.
آقاي مارتين در فعاليت‌هاي اوليه خود در دانشگاه كاليفرنيا، سوال‌هاي اساسي مطرح كرد درباره اينكه چطور مي‌توان از اجزاي كوچكي مانند اتم‌ها و فوتون‌ها و ذرات نور، اطلاعات استخراج كرد. اما كار كردن با اجزاي ظريف و كوچكي مانند اتم‌ها ذرات، بسيار چالش‌برانگيز است. چگونه بايد كاري كرد كه اين ذرات كوچك به گونه‌اي با يكديگر ارتباط برقرار كنند كه بتوان از ارتباط آنها محاسبات كامپيوتري مفيد انجام داد. به گفته آقاي مارتين، بايد كيوبيت را ايزوله كرده تا منسجم بماند، اما اگر زياد ايزوله و تفكيك شود ديگر امكان برقراري ارتباط با ديگر كيوبيت‌ها و انجام محاسبه وجود ندارد.
مارتين سال هاست با آزمايش‌هايي كه با مواد مختلف و در محيط‌هاي مختلف انجام مي‌دهد، تلاش مي‌كند اين تعادل را برقرار كند. مرحله بعد، به كار‌گيري كيوبيت‌ها و ارتباط آنها با يكديگر در يك كامپيوتر است. او كه بالاخره راهش را به شركت گوگل باز كرد بقيه تحقيقات خود را آنجا و با كوانتوم كامپيوتر Sycamore (پردازنده كوانتومي كه توسط گوگل توسعه داده شده) ادامه داد.
Sycamore ۵۴ كيوبيتي در داخل مجموعه‌اي از آزمايشگاه‌هاي شركت گوگل در Goleta ايالت كاليفرنيا نگهداري مي‌شود. اين كامپيوتر كوانتومي در دماي يك درجه زير صفر مطلق نگهداري مي‌شود- كمترين دماي ممكن- يعني ۵۰۰ درجه فارنهايت زير صفر. اين ماشين، از طريق اشعه‌هاي مايكروويو، در داخل دالان برنامه‌ريزي مي‌شود، ذراتي كه نقش كيوبيت‌ها را ايفا مي‌كنند.
يكي از مسائلي كه مارتين و ديگر مهندسان حوزه كوانتوم با آن روبه‌رو هستند اين است كه چه كار كنند كه كيوبيت‌ها مدت زمان مناسبي را با يكديگر در ارتباط باشند تا محاسبه به‌صورت صحيح انجام شود.
Superposition عبارتي است كه به قابليت قرار‌گيري كيوبيت‌ها به‌صورت همزمان در دو حالت صفر و يك اطلاق مي‌شود كه يك قسمت مهم از انجام عمليات كامپيوتر است. كوچك‌ترين مزاحمتي باعث مي‌شود كه يك كيوبيت به داخل صفر يا يك افول كرده و كل ارتباط كيوبيت‌ها با اختلال روبه‌رو شود. دماي نگهداري اين دستگاه‌ها به طرز غيرقابل‌تصوري سرد است، اما كيوبيت‌ها به كوچك‌ترين اشتباه حساس هستند و سريع از هم گسيخته مي‌شوند و باعث مي‌شوند كه كل عمليات پردازش با شكست روبه‌رو شود. ساخت يك كامپيوتر كوانتوم به اندازه كافي سخت است اما اينكه چگونه بايد با آن رفتار كرد كه عمليات‌ها بدون خطا و مشكل انجام شوند، آن‌قدر مشكل است كه بسياري اوقات مهندسان را كلافه مي‌كند.
حتي با وجود اينكه كامپيوترهاي كوانتومي امروز در دوران كودكي خود هستند، اما با اين وجود نگراني بابت مساله امنيت، همچنان پابرجاست. اين دستاورد در قرن پيش رو به‌طور قطع پيشرفت‌هاي چشمگيري مي‌كند و از همين حالا زنگ خطر را به صدا درآورده است.
آژانس امنيت ملي و ديگر سازمان‌هاي اطلاعاتي در آينده نزديك چشم اميد زيادي به اين تكنولوژي دارند اما نگراني‌هايشان نيز بابت رازها و اسرار امنيتي همزمان افزايش مي‌يابد. آمريكا برنامه‌هايي دارد كه روش‌هاي جديد رمزگذاري را توسعه دهد، روش‌هايي كه حتي دربرابر كامپيوترهاي كوانتوم نيز غيرقابل رسوخ باشد. اما متقاعد كردن دولت‌ها و آژانس‌ها به استفاده از شيوه‌هاي نوين رمزنگاري، كار ساده‌‌اي نيست زيرا تهديد، هنوز به وضوح معرفي نشده و حتي وجود خارجي ندارد.
https://www.beytoote.com/computer/technews/tnews11066961.html