خبرگزاری علم و فناوری

علم و فناوری بررسی می کند؛

اولین ابرکامپیوتر کوانتومی جهان ساخته شد/ آیا امنیت اطلاعات انسان ها برای همیشه از بین خواهد رفت ؟

شرکت گوگل اعلام کرده است که موفق به ساخت اولین ابرکامپیوتر کوانتومی جهان شده است که می تواند محاسباتی را که سایر ابرکامپیوترها در ده هزار سال انجام می دهد را در ۲۰۰ ثانیه انجام دهد و با توجه به ویژگی های این ابرکامپیوترها ، می توان تمام رمزهای شخصی جهان را در چند ثانیه شکست.

گروه دانش خبرگزاری علم و فناوری سجاد عبدلی ؛ تقریبا حدود یک دهه است که مسابقه دستیابی به "برتری کوانتومی" در سرتاسر جهان در حال برگزاری است؛ دولت ‌ها و شرکت ‌ها به طور یکسان مشتاق اند که بتوانند با توجه به مزیت های بیشماری که این کامپیوترها دارند افتخار ساخت اولین نوع از این کامپیوتر را از آن خود کنند. در این راستا "گوگل" هفته گذشته اعلام کرد که موفق به ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی جهان شده است. در این گزارش به بررسی کامپیوترهای کوانتومی، فرصت ها ، چالش ها و تهدیدات ساخت این کامیپوترها برای انسان ها می بپردازیم.

مهندسی کوانتومی چیست؟

قبل از آن که بخواهیم در مورد کامپیوترهای کوانتومی توضیحی بدهیم بهتر شما را ابتدا با واژه "کوانتوم" آشنا کنیم. تصور کنید توپی پلاستیکی را دائم به دیواری در روبه‌ روی خود پرت می‌کنید. هردفعه که این کار را انجام می دهید، می ‌بینید که توپ پس از برخورد به دیوار، دوباره به سوی شما برمی‌گردد. ‌به عبارت دیگر، توپ همیشه در این‌ سوی دیوار باقی می ‌ماند و هرگز نمی تواند از دیوار عبور کند. این مثال، نمونه ‌ای از پدیده ‌های «فیزیک کلاسیک» و «مکانیک نیوتنی» می باشد.

برای درک مفهوم «فیزیک کوانتوم» این بار تصور کنید توپ به ابعاد یک ذره‌ ی الکترون رسیده و دیوار مقابل هم سد متراکمی است که حفره ‌ای برای گذرالکترون ندارد. در این صورت اگر به ‌دفعات الکترون را به سوی دیوار پرتاب کنیم، خواهیم دید که گاهی اوقات توپ بر می‌گردد، گاهی اوقات آن ‌سوی دیوار ظاهر می‌شود (گویی از میان دیوار، تونل زده) و گاهی اوقات نیز درون دیوار گیر می کند. به عبارت دیگر، پرتاب الکترون به دیوار نفوذ ناپذیر همیشه جواب مشخصی ندارد و الکترون با احتمال ‌های مختلفی بر می‌گردد، از دیوار عبور می کند و یا به دام می‌ افتد. این آزمایش، مثالی از پدیده‌ های ریزمقیاس است که با «فیزیک کوانتومی» توصیف می ‌شود و این حالت ‌های مختلف را نیز با تابع ریاضی به نام «تابع موج» توضیح می دهند.

کامپیوتر کوانتومی چیست ؟

"کامپیوتر کوانتومی" ماشینی است که از پدیده ‌ها و قوانین مکانیک کوانتوم مانند برهم نهی (Superposition) و درهم تنیدگی (Entanglement) برای انجام محاسباتش بهره می برد. کامپیوترهای کوانتومی با کامپیوترهای الکترونیکی کنونی که با ترانزیستورها کار می‌ کنند تفاوت اساسی دارند. ایده اصلی که در پس کامپیوترهای کوانتومی نهفته است این است که می‌توان از خواص و قوانین فیزیک کوانتوم برای ذخیره ‌سازی و انجام عملیات روی داده‌ ها استفاده کرد. یک مدل انتزاعی  و تئوریک از این ماشین‌ ها، ماشین تورینگ است که کامپیوتر کوانتومی جهانی نیز نامیده می‌ شود.

دلیل ساخت کامپیوترهای کوانتومی چه بود ؟

سخت‌ افزار کامپیوترهای فعلی بر پایه ‌ی قطعه ‌ای الکترونیکی به نام «ترانزیستور» ساخته شده اند. شاید در کلاس ریاضی بانوشتن اعداد درمبنای ۲ وحسابکردن آن‌ ها آشنا شده باشید. با عبور یاقطع جریان الکتریکی درترانزیستورها می‌ توان مقادیر صفر و یک را تعریف کرد و محاسبات پیچیده ‌ای روی آن‌ ها انجام داد. قدرت محاسبات پیشرفته ‌ترین ابر کامپیوتر فعلی جهان که «SUMMIT» نام دارد، ۱۲۲٫۳ "پتافلاپس" است، یعنی این ابرکامپیوتر می‌ تواند در هر ثانیه ۱۲۲٬۳۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰ محاسبه روی اعداد اعشاری انجام دهد؛ اما این ابر کامپیوتر از حل برخی مسائل پیچیده، مانند شکستن رمزنگاری امنیت تبادلات بانکی یا تجزیه‌ی اعداد بسیار بزرگ به عوامل اول، ناتوانند؛ به همین دلیل دانشمندان به فکر ساختن ابر کامپیوترهای جدیدی افتادند که دیگر محدودیت های فعلی را نداشتند به همین دلیل رو به ساخت کامپیوترهای کوانتومی آورده اند.

کامپیوترهای کوانتومی چگونه کار می کنند؟

اساس کار کامپیوترهای الکترونیکی بیت های صفر و یک می باشد اما در کامپیوترهای کوانتومی به جای صفر و یک های مطلق از "کیوبیت" یا "کوانتوم" استفاده می شود. کیوبیت در واقع یک سیستم کوانتومی - مکانیکی دوحالته می باشد که با برخورداری از خاصیت ابرموقعیت می تواند همزمان دارای مقادیر صفر و یک باشد.

مقایسه معماری کامپیوترهای الکترونیکی و کامپیوترهای کوانتومی

برای درک این مطلب، یک کره را تصور کنید؛ در کامپیوتر الکترونیکی، هر بیت تنها قادر است بر روی قطب شمال یا قطب جنوب این کره قرار بگیرد؛ اما "کیوبیت" این امکان را دارد که روی هر نقطه ‌ای از سطح این کره قرار بگیرد؛ به همین دلیل است که "کیوبیت" ها می ‌توانند اطلاعات به ‌مراتب بیشتری از کامپیوترهای الکترونیکی را در خود ذخیره کند. محاسبات کوانتومی هم روی تابع موج کیوبیت ‌ها انجام می‌ شود و ازآنجایی‌که در هر مرحله از محاسبات، اطلاعات بیشتری پردازش می‌شوند؛ سرعت پردازش رایانه‌ی کوانتومی به شکل نمایی افزایش پیدا می‌کند. حالت «ابر موقعیت» از طریق فوق سرد کردن سیلیکون برای ابررسانا ساختن آن میسر می شود. کامپیوتر کوانتومی با بردن کیوبیت ها به حالت ابر موقعیت راه حل های مختلف را بررسی کرده و به جواب می رسد. این حالت به محض مشاهده نتیجه از بین می رود اما آنقدر جذاب و پیچیده است که انیشتین هم آنرا رازآلود خوانده است. افزایش تعداد کیوبیت ها امکان محاسبه آنی میلیون ها احتمال را فراهم می سازد که در حوزه هایی از قبیل محاسبه اعداد بزرگ، الگوریتم گراور ، تبدیل فوریه و معادلات خطی کاربرد فراوان داشته باشند.

مقایسه سرعت کامپیوترهای کوانتومی با کامپیوترهای الکترونیکی

گوگل یکی از پیشگامان این حوزه، موفق به ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی جهان شده است که 100 میلیون بار سریع تر از کامپوترهای الکترونیکی فعلی می باشد. چنین تکنولوژی زمانی بسیار اهمیت خواهد یافت که ما بخواهیم حجم بسیار عظیمی از داده را تحلیل و مسایل با سطح پیچیدگی بالا را به سرعت حل کنیم.

کامپیوتر Sycamore ساخت شرکت گوگل

ابر کامپیوتر کوانتومی ۵۳ بیتی گوگل که "Sycamore" نام دارد، این امکان را برای کاربران خود فراهم می آورد که محاسبات و حل مسائلی را که برای سایر ابرکامپیوترها ده هزار سال به طول می انجامد را تنها در 200 ثانیه انجام دهد. مشهورترین این مسائل، مسئله تجزیه یک عدد به عامل های اول (Prime factors) آن است. تفاوت سرعت این دو تکنولوژی در تجزیه یک عدد 78 رقمی N بیتی به عامل های اولش در جدول زیر نشان داده است.

تفاوت سرعت کامپیوترهای کوانتومی و الکترونیکی در حل مسئله تجزیه یک عدد به عامل های اول

جدول فوق نشان دهنده آن است که با استفاده از کامپیوترهای کوانتومی در آینده نه چندان دور، شاهد هیچ معادله بی پاسخی نباشیم.

مهمترین چالش استفاده از کامپیوترهای کوانتومی چیست ؟

یکی از مهمترین چالش ‌هایی که در حال حاضر پیش ‌روی محاسبات کامپیوترهای کوانتومی قرار دارد، مشکل عدم اطمینان به پاسخ آن ‌هاست؛ در کامپیوترهای الکترونیکی ساز و کار تصحیح خطا به این صورت است که معمولا بیت ‌های اضافه ‌ای برای بررسی خطای بیتی و در صورت نیاز تصحیح آن ‌ها در نظر گرفته می ‌شود، اما این ساز و کار در کامپیوترهای کوانتومی امروزی قابل اجرا نیست، چرا که برای افزودن بیت ‌های تست خطا چیزی حدود ۲۰۰۰ کیوبیت مورد نیاز است، در حالی که در حال حاضر قوی ‌ترین کامپیوترهای کوانتومی موجود چیزی در حدود ۱۰۰ کیوبیت در پردازنده ‌های خود دارند. البته دنیای فناوری ها نوین روز به روز در حال گسترش و پیشرفت است و قطعا در آینده نه چندان دور این مشکل رفع خواهد شد، اما فعلا یکی از چالش ‌های پیش‌روی کامپیوترهای کوانتومی مسئله‌ی عدم اطمینان به نتایج حاصل از پردازش‌های آن‌هاست.

کامپیوتر کوانتومی چه کاربردهایی دارند ؟

از کامپیوترهای کوانتومی بیشتر در زمینه هایی که شامل محاسبات پیچیده و تکراری است همچون مدل سازی شیمی، هواشناسی، مدلسازی فیزیک و رمزنگاری استفاده می شود. مورد آخر اما نگرانی های بسیاری را در مورد سوءاستفاده از این سیستم ها در پی داشته است. کامپیوترهای کوانتومی می توانند در هر ثانیه جایگشت های ریاضیاتی بسیار زیادی را اجرا کند که روی کاغذ به آنها اجازه می دهد در کسری از ثانیه استانداردهای رمزنگاری فعلی را در هم بشکنند. از این رو اینترنت در شکل فعلی آن در برابر کامپیوترهای کوانتومی به شدت آسیب پذیر است و همین عامل باعث شده سازمان های دولتی به دنبال توسعه روش های رمزنگاری مقاوم در برابر آنها باشد.

آیا استفاده از کامپیوترهای کوانتومی باعث از بین رفتن حریم شخصی افراد می شود ؟

همانطور که در بالا به آن اشاره کردیم کامپیوترهای کوانتومی این امکان را دارند که در یک لحظه تمام حالات یک مسئله را محاسبه کنند، حال فرض کنید از این قدرت برای شکستن پروتکل ‌های رمزنگاری و رمزهای عبور استفاده شود، چراکه یک کامپیوتر کوانتومی در لحظه تمام رمزهای موجود را در خود دارد، تنها کافیست رمز صحیح در یک لحظه انتخاب شود؛ پروتکل‌های امنیتی شبکه، رمزنگاری حساب‌ های کاربری، انتقال داده ‌ها، رمزهای ایمیل ها، شبکه های اجتماعی و همه و همه با خطر رو به رو خواهند شد و به راحتی نهادها و دولت ها می توانند از تمام اطلاعات افراد و شخصیت های استفاده نمایند.

از سوی دیگر استفاده از قابلیت‌ های کامپیوترهای کوانتومی در هوش مصنوعی قدرت پردازش و تحلیل خارق ‌العاده‌ای در اختیار ربات ‌ها قرار می‌دهد، احتمالا در آینده ‌ای نه ‌چندان دور همانند فیلم‌ های علمی تخیلی شاهد دنیایی خواهیم بود که در آن ربات‌ های هوشمند با انسان همکاری می‌کنند یا شاید برعلیه انسان ‌ها شورش کرده و ما را به عنوان برده‌ های خود به‌ کار می‌گیرند.

کلام آخر ...

آنچه مشخص است ساخت کامپیوترهای کوانتومی می تواند جهش عظیمی در مبانی علمی جهان به وجود آورد، البته این فناوری همچون چاقوی دولبه ای می باشد که همان گونه که می تواند به انسان خدمت نماید می تواند باعث ایجاد ناامنی و یا نابودی زندگی انسان ها گردد؛ آنچه مشخص است باید نشست و دید که انسان چگونه از این فناوری استفاده خواهد کرد.

انتهای پیام /

خبرنگار: سجاد عبدلی

زمان انتشار: دوشنبه ۶ آبان ۱۳۹۸ - ۰۸:۰۰:۰۰

شناسه خبر: 82981

مطالب مرتبط :
۱۲۳۴

علم و فناوری گزارش می دهد؛

ساخت تراشه ای که می تواند بیماری زوال عقل را درمان نماید/آیا کنترل انسان از راه دور امکان پذیر می شود ؟

روز گذشته ایلان ماسک، میلیادر کارآفرین ، در یک مراسم که به صورت ویدئو کنفرانس برگزار شد از یک تراشه کامیپوتری که برای کنترل مغز انسان ساخته شده است به صورت رسمی رونمایی کرد .

دیدگاه ها و نظرات :
نام کامل وارد شود
دقیق و صحیح وارد شود
لطفا فارسی و خوانا باشد
captcha
ارسال
اشتراک گذاری مطالب