رایانش کوانتومی جدیدترین جهش بزرگ در حوزه رایانش محسوب می‌شود اما چنین پیشرفتی می‌تواند باعث بی اثر شدن رمزنگاری و ارزهای دیجیتال شود. در ادامه این فناوری جدید را به صورت کامل تر بررسی می‌کنیم.

فیزیک کوانتومی و رایانش کوانتومی موضوعاتی مرتبط با فیلم‌ها و داستان‌های علمی – تخیلی به نظر می‌رسند: همه چیز از امواج و ذرات تشکیل شده، ماده می‌تواند همزمان در یک جا باشد و ذرات را می‌توان به آنسوی کهکشان فرستاد در حالیکه ارتباط آنها همچنان حفظ شود. این مفاهیم خیلی سخت و پیچیده به نظر می‌رسند. اما امروزه محدود به داستان‌های علمی – تخیلی نیستند. در این مقاله به شما خواهیم گفت که کامپیوتر کوانتومی چیست و چه تهدیدی برای صنعت کریپتو ایجاد می‌کند.

تعریف مسئله

محققان و دانشمندان استفاده از فیزیک کوانتوم برای ساختن کامپیوترهایی که قابلیت نقض الگوریتم‌های رمزنگاری را دارند، آغاز کرده اند. به غیر از بلاک‌چین، کامپیوترهای کوانتوم می‌توانند امنیت سیستم مالی جهانی، موسسات اطلاعاتی سری و حتی اطلاعات روی گوشی موبایل شما را تهدید کنند.

فیزیک کوانتوم چیست؟

فیزیک کوانتوم که به آن ماشین کوانتوم هم گفته می‌شود، شاخه‌ای از علم فیزیک است که تنها به اجسامی اعمال می‌شود که به اندازه لازم کوچک باشند. در فیزیک سنتی تقریباً همه چیز به روشی قابل پیش بینی عمل می‌کند – در نتیجه محاسبات و ارزیابی‌ها می‌توانند دقیق باشند. اما وقتی مطالعه اشیایی با ابعاد فیزیک کوانتوم را آغاز کنید، همه چیز غیرقابل پیش بینی تر می‌شود.

تضمینی برای دقیق بودن محاسبات و ارزیابی‌ها در فیزیک کوانتوم وجود ندارد – و فقط می‌توان نتایج را با احتمال حدس زد. در سطح کوانتوم ذرات می‌توانند مثل موج عمل کنند و حتی ممکن است رفتار آنها به صورت ناگهان و بر اساس اینکه تحت نظارت باشند یا خیر، تغییر کند. در دنیای کوانتوم همه چیز غیرقطعی است.

کامپیوتر کوانتومی چیست؟

کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند با در اختیار گرفتن قدرت مکانیک کوانتوم بسیار قدرتمندتر از پیشرفته ترین کامپیوترهای امروزی باشند. مهم ترین چیزی که درباره کامپیوترهای کوانتومی باید در نظر داشت، بیت‌های کوانتومی یا به اختصار qubit است. کامپیوترهای معمولی از بیت استفاده می‌کنند که با صفر و یک نمایش داده می‌شود. از آنجایی که واحد پایه کامپیوترهای کوانتوم این qubitها هستند، چنین کامپیوترهایی می‌توانند محاسبات یا توابع را با سرعتی اجرا کنند که کامپیوترهای معمولی حتی به آن نزدیک نمی‌شوند – و به همین دلیل ممکن است روزی قادر به درهم شکستن رمزنگاری مورد استفاده در ارزهای دیجیتال باشند.

برای مثال: اگر چهار بیت از یک کامپیوتر معمولی داشته باشیم، این بیت‌ها می‌توانند هر ترکیبی از 16 حالت مختلف را داشته باشند اما هنگام محاسبات فقط باید یکی از آنها را انتخاب کرد. اما چهار qubit همزمان می‌توانند همه این 16 حالت را داشته باشند و این رقم با اضافه کردن qubitهای بیشتر به شکل نمایی افزایش پیدا می‌کند. تنها 20 qubit قادر به ذخیره بیشتر از 1 میلیون عدد به شکل موازی است و این ویژگی باعث شده که کامپیوتر کوانتومی بتواند با اجرای محاسبات به صورت موازی به جای یک محاسبه در هر زمان، مسائل را حل کند.

چه کسی کامپیوتر کوانتومی را ابداع کرد؟

می توان ایده ماشین کوانتومی را به سال 1900 و Max Planck نسبت داد که پدر نظریه کوانتوم در نظر گرفته می‌شود. ایده کامپیوترهای کوانتومی بعداً در دهه 80 و 90 و زمانی که  Paul Benioffثابت کرد می‌توان کامپیوتری ساخت که تحت قوانین فیزیک کوانتوم کار کند، شکل گرفت.

ویژگی خاص رایانش کوانتومی چیست؟

از آنجایی که qubit می‌تواند بین حالت‌های مختلف جابجا شود – و صفر یا یک یا همزمان در چند حالت مختلف باشد – امکان اجرای محاسبات به صورت همزمان یا موازی را دارد. Qubitها به کامپیوترهای کوانتومی امکان می‌دهند محاسبات پیچیده را با سرعت بسیار بالایی اجرا کنند بنابراین در حالیکه برای یک کامپیوتر معمولی بیشتر از یک میلیارد سال زمان می‌برد تا رمزنگاری بیت کوین را در هم بشکند، یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند این رمزنگاری را ظرف کمتر از 10 دقیقه نقض کند.

آیا می‌دانستید؟

"مکانیزم فیزیک دقیق مورد استفاده در کامپیوتر کوانتومی به نوعی پیچیده و دشوار است. معمولاً این مکانیزم بر اساس تفسیر چند کلمه‌ای فیزیک کوانتوم توضیح داده می‌شود که کامیپوتر در آن محاسبات را نه تنها در دنیای ما بلکه همزمان در سایر جهان‌ها اجرا می‌کند" – Andrew Zimmerman Jones نویسنده کتاب String Theory for Dummies (نظریه ریسمان برای افراد مبتدی).

کامپیوترهای کوانتومی چطور ساخته می‌شوند؟

کامپیوترهای سنتی از چندین میلیون سوئیچ کوچک تشکیل شده اند که جریان الکترودها را مدیریت می‌کنند اما با تبدیل این گیت‌ها به ذراتی کوچکتر از سطح اتم، قابلیت کنترلِ جریان یافتن الکتریسیته در یک گیت، کمی عجیب به نظر می‌رسد. با توجه به ایده‌ای به نام quantum tunneling، وقتی وارد سطح کوچکتر از اتم می‌شویم، الکترون‌ها می‌توانند به سادگی از روی گیت جهش کنند در نتیجه باعث بی تاثیر شدن قابلیت ماشین برای مدیریت این جریان می‌شوند. بنابراین کامپیوترهای کوانتوم به روشی بسیار متفاوت ساخته می‌شوند.

این کامپیوترها در دنیای عجیب و شگفت انگیز ذرات کوچکتر از اتم کار می‌کنند که در این دنیا qubitها می‌توانند کارهای عجیبی مثل قرار داشتن در یکی از 16 حالت مختلف به صورت همزمان را انجام دهند – تا اینکه در نهایت مورد مشاهده قرار بگیرند و به این ترتیب به یک حالت محدود شوند. در نتیجه «گیت‌های کوانتوم» بر خلاف «گیت‌های منطقی» مورد استفاده در کامپیوترهای سنتی فرایند خاصی را طی می‌کنند که باعث تنظیم یکسری از qubitها، اعمال گیت‌های کوانتوم برای گیرانداختن آنها، دستکاری حالت‌های احتمالی مختلف و سپس ارزیابی خروجی می‌شود.

حتماً این مفاهیم برای شما هم پیچیده هستند اما آنچه که لازم است بدانید این است که مثلاً شرکت گوگل برای کنترل این فرایند از یک نوع فلز فوق رسانای خاص استفاده می‌کند که در دمایی هشت برابر خنک تر از فضا کار می‌کند که فاصله زیادی با شرایط کامپیوترهای معمولی دارد بنابراین بعید است که کامپیوترهای کوانتومی به این زودی از مرحله آزمایش فراتر بروند.

آیا باید نگران قدرت پردازشی کامپیوترهای کوانتومی باشیم؟

به گفته افراد هوشمندی مثل ویتالیک بوترین بنیانگذار اتریوم و آندریاس آنتونوپولوس حامی ارزهای دیجیتال لازم نیست که به این زودی نگران کامپیوترهای کوانتومی باشیم. به گفته آنتونوپولوس کامپیوترهای کوانتومی در حال حاضر به اندازه‌ای قدرت ندارند که باعث در هم شکستن بیت‌کوین شوند.

از نظر تئوری کامپیوترهای کوانتومی قادر به در هم شکستن سیستم امنیتی ارزهایی مثل بیت‌کوین و اتریوم هستند اما به گفته بوترین کامپیوترهای کوانتومی مثل محصول شرکت گوگل بیشتر یک اثبات مفهوم هستند تا یک تکنولوژی عملی و کاربردی. رمزنگاری فعلی مورد استفاده در بلاک‌چین‌های مهم فعلی هم ممکن است به اندازه‌ای قدرتمند باشد که حتی در برابر کامپیوترهای کوانتومی کامل مقاومت کند در نتیجه همه سیستم‌های مبتنی بر رمزنگاری آسیب پذیر نیستند.

کامپیوترهای کوانتومی نه تنها برای درهم شکستن رمزنگاری قابل استفاده هستند بلکه می‌توانند به ایجاد الگوریتم‌های رمزنگاری قدرتمندتر هم کمک کنند. برای بلاک‌چین‌هایی مثل اتریوم، آپگریدهایی در دست ساخت است که باعث مقاوم سازی آنها در برابر کامپیوترهای کوانتومی می‌شود.

آینده

گرچه در حال حاضر دنیای کریپتو در امنیت است اما باز هم فعالان و برنامه ریزان این حوزه بی کار ننشستند. هم اکنون بلاک‌چین‌های مقاوم در برابر کوانتوم مثل Praxxis و QAN در دست احداث و در حال آماده سازی برای مقاومت در برابر رایانش کوانتومی هستند. بنابراین می‌توان آسوده خاطر بود چون حتی در صورت ورود کامپیوترهای کوانتومی به بازار باز هم امنیت ارزهای دیجیتال حفظ خواهد شد.