برتري كوانتومي گوگل به‌معناي پايان متخصصدهاي رمزنگاري نيست
گوگل در چند روز اخير، در صدر اخبار دنياي فناوري قرار داشت و دستيابي آن‌ها به مفهوم برتري كوانتومي به‌نوعي تاريخ‌سازي محسوب مي‌شود. غول موتور جست‌وجو در چند سال گذشته، در رقابتي شديد حضور يافت كه شركت‌هايي همچون IBM و اينتل از بازيگران مهم ديگر آن بودند. آن‌ها براي توسعه‌ي كامپيوترهاي كوانتومي باهم رقابت مي‌كردند كه با استفاده از ظرفيت‌هاي فيزيك كوانتوم، قدرت زيادي در حل برخي از دشوارترين مسائل علمي دارند.
غول موتور جست‌وجو ادعا مي‌كند تراشه‌هاي كوانتومي‌اش به مفهوم برتري كوانتومي (Quantum Supremacy) نزديك شده‌اند. برتري كوانتومي به بيان ساده به رخدادي گفته مي‌شود كه در آن كامپيوتر كوانتومي توانايي شكست نمونه‌هاي سنتي را در فرايندي مشخص پيدا مي‌كند. يكي از محققان ارشد گوگل قبلا پيش‌بيني كرده بود شركتش تا سال ۲۰۱۷ به اين هدف دست پيدا خواهد كرد.
فايننشنال‌تايمز در گزارش روز جمعه‌ي خود ادعا كرد به پيش‌نويس‌هايي از تحقيق گروه كوانتومي گوگل دست پيدا كرده است. مقاله‌ي مذكور در وب‌سايت ناسا منتشر شده بود و ادعاي دستيابي محققان گوگل را به برتري كوانتومي مطرح مي‌كرد. پس از گذشت چند ساعت، اندرو يانگ، نماينده‌ي حزب دموكرات براي انتخابات رياست‌جمهوري سال ۲۰۲۰ آمريكا، هشدار داد برتري كوانتومي گوگل به از‌بين‌رفتن مفاهيم رمزگذاري منجر مي‌شود. در اين ميان، محققان پردازش هم تلاش مي‌كردند بي‌خطربودن پيشرفت‌هاي كوانتومي براي كامپيوترهاي سنتي و امنيت را اثبات كنند.
متخصصان و دانشمندان متعددي از پيشرفت گوگل هيجان‌زده شده‌اند. جان پرسكيل، استاد دانشگاه كلتك، در سال ۲۰۱۱ عبارت برتري كوانتومي را به دنياي علم معرفي كرد. وي رخداد اخير را دستاوردي چشمگير در فيزيك تجربي دانست. البته او و بسياري از دانشمندان ديگر و حتي محققان گوگل مي‌گويند كامپيوترهاي كوانتومي هنوز براي كارهاي عملي آماده نيستند. پرسكيل درباره‌ي فرايند تحقيق گوگل مي‌گويد مسئله‌ي آزمايش‌شده به‌دقت و صرفا براي اثبات برتري كوانتومي انتخاب شده است.
هنوز مشخص نيست چقدر تا تجاري و متخصصدي شدن كامپيوترهاي كوانتومي فاصله داريم. رمزگشايي هم كه هميشه به‌عنوان يكي از متخصصدهاي رايانش كوانتومي مطرح مي‌شود، هنوز در هاله‌اي از ابهام قرار دارد. جاناتان داولينگ، استاد دانشگاه ايالتي لوييزيانا، اظهارانديشه متخصصين مشابهي مي‌كند و دستيابي به كامپيوترهاي كوانتومي واقعا متخصصدي را تا چند سال آينده غيرممكن مي‌داند.
برخي منابع اعتقاد دارند ماهيت خبر برتري گوگل هم به مطالعه بيشتر نياز خواهد داشت. داولينگ مي‌گويد او و تعدادي از محققان ديگر هفته‌ي گذشته اعلاني از Google Scholar دريافت كرده‌اند كه آن‌ها را به پيش‌نويس مقاله‌اي ارجاع داده است. گوگل با ناسا همكاري تنگاتنگي دارد و شايد سازمان فضايي مقاله را در فرايندهاي بازبيني پيش از انتشار منتشر كرده باشد. به‌هرحال، ناسا و گوگل هيچ‌كدام درباره‌ي مقاله‌ي منتشرشده و اخبار حول‌وحوش آن اظهارانديشه متخصصيني نكرده‌اند.
گوگل و ديگر غول‌هاي فناوري با اين هدف پروژه‌هاي كوانتومي را دنبال مي‌كنند تا مسائل بسيار دشوار براي كامپيوترهاي سنتي را به مسائلي ساده و بديهي تبديل كنند. رويكرد علمي آن‌ها مسيري است كه مفاهيم رياضي در پس رخدادهاي مكانيك كوانتوم را شرح دهد. به‌عنوان نمونه‌اي از مفاهيم كوانتومي، مي‌توان به شرح ماهيت فوتون‌ها اشاره كرد كه به‌صورت هم‌زمان رفتارهاي ذره‌اي و موجي از خود نشان مي‌دهند.
مسئله‌ي حل‌شده‌ي گوگل به‌صورت اختصاصي براي كامپيوتر كوانتومي طراحي شده بود
در ميانه‌ي دهه‌ي ۱۹۹۰، محققان تلاش‌هاي فراواني براي نشان‌دادن توانايي‌هاي مفاهيم كوانتومي كردند و توانايي كوانتوم در پردازش اعداد را به‌عنوان دستاورد مهمي مطرح كردند. توجه به اين زمينه از متخصصدهاي كوانتوم زماني بيشتر شد كه يكي از محققان مركز آزمايشي بل لبز الگوريتمي براي شكستن كليدهاي بلند رمزنگاري با استفاده از رايانش كوانتومي تدوين كرد. او در الگوريتم خود نشان داد فناوري جديد به‌راحتي توانايي ايجاد جهش در دنياي رايانش را دارد.
در سال‌هاي اخير، محققان متعدد آزمايشگاهي و سازماني نمونه‌هاي اوليه از پردازنده‌هاي كوانتومي را توليد كرده‌اند. آن‌ها بيش از همه متخصصدهاي رايانش كوانتومي را در شيمي و يادگيري ماشين مطرح مي‌كنند. دستگاه‌هاي مذكور امروز توانايي كار‌كردن با داده‌ها را دارند؛ اما هنوز بسيار كوچك هستند و همچنين ميزان خطاي آن‌ها نيز زياد است. درواقع، دستاوردهاي آزمايشگاهي هنوز توانايي شكست كامپيوترهاي سنتي را ندارند.
همان‌طوركه گفته شد، پرسكيل در سال ۲۰۱۱ در يكي از سخنراني‌ها مفهوم برتري كوانتومي را مطرح كرد و چگونگي اثبات برتري كامپيوترهاي كوانتومي را نيز شرح داد. از آن زمان، غول‌هاي فناوري همچون گوگل، IBM، اينتل، مايكروسافت و استارتاپ‌هاي متعدد تلاش كرده‌اند با سرمايه‌گذاري‌هاي عظيم در حوزه‌ي كوانتوم، مفهوم برتري كوانتومي را به واقعيت تبديل كنند. چنين فعاليت‌هايي باعث شد رسيدن به نقطه‌ي برتري كوانتومي اجتناب‌ناپذير به‌انديشه متخصصين برسد. داولينگ در اين باره مي‌گويد:
مي‌دانستيم اين مفهوم دير يا زود محقق مي‌شود.
يكي از دلايل انتظار جامعه‌ي علمي و عمومي براي رسيدن به نقطه‌ي برتري كوانتومي در اظهارانديشه متخصصينهاي متعدد محققان خود گوگل ديده مي‌شود. جان مارتينيز، مدير تحقيقات سخت‌افزار كوانتومي شركت، در سال ۲۰۱۷ پيش‌بيني كرده بود گروهش تا پايان آن سال به برتري كوانتومي دست پيدا خواهند كرد.
گوگل و IBM و اينتل هركدام پردازنده‌هاي كوانتومي ۵۰ كيوبيتي معرفي كرده‌اند. چنين ابعادي ازانديشه متخصصين متخصصان براي رسيدن به برتري كوانتومي كافي به‌انديشه متخصصين مي‌رسد. كيوبيت به اجزاي تشكيل‌دهنده‌ي كامپيوترهاي كوانتومي گفته مي‌شود كه داده را در فرم‌هاي صفر و يك و شبيه به بيت‌ها در كامپيوترهاي سنتي ذخيره مي‌كنند. در اين ميان، قدرت پردازنده‌ي كوانتومي وابسته به چگونگي دستيابي كيوبيت‌ها به فازي به‌نام برهم‌نهمي يا سوپرپوزيشن مربوط مي‌شود. فاز برهم‌نهي تعريف كاملا علمي و شايد عجيبي دارد كه فازي به‌صورت تركيب هم‌زمان صفر و يك را توصيف مي‌كند.
برهم‌نهي به مجموعه‌ي كيوبيت‌هاي پردازنده‌ي كوانتومي امكان مي‌دهد در مسائل مشترك، فرايندهايي بسيار بيشتر را در مقايسه با بيت‌هاي برابر در كامپيوترهاي سنتي انجام دهند. هرچه تعداد كيوبيت‌ها افزايش پيدا كند، تركيب‌هاي محتمل به‌صورت نمايي بيشتر مي‌شود. با دستيابي به قدرت ۵۰ كيوبيت، حتي شبيه‌سازي قدرت كامپيوتر كوانتومي براي كامپيوترهاي سنتي دشوار خواهد بود.
پديده‌هاي مذكور پايه‌هاي آزمايش برتري كوانتومي گوگل را شكل مي‌دهند. محققان اين شركت پردازنده‌ي كوانتومي موسوم به Sycamore مجهز به ۵۴ كيوبيت را به رقابت دعوت كردند تا خروجي توليدكننده‌ي عدد تصادفي كوانتومي را نمونه‌سازي كنند. آن‌ها همين رقابت را براي چند خوشه‌ي سرور گوگل و ابركامپيوتر ساميت (Summit) در آزمايشگاه Oak Ridge نيز تعريف كردند. ساميت از زمان شروع فعاليت در سال گذشته، به‌عنوان سريع‌ترين ابركامپيوتر جهان شناخته مي‌شود.
گوگل ادعا مي‌كند كامپيوترهاي سنتي تنها موفق شدند حل مسئله را شروع كنند. ابركامپيوتر قدرتمندي همچون ساميت براي حل مسئله‌ي مذكور نياز به ۱۰ هزار سال زمان داشت؛ درحالي‌كه پردازنده‌ي سيكامور مسئله را در ۲۰۰ ثانيه حل كرد.
همان‌طوركه پرسكيل مي‌گويد، شرايط رقابت كامپيوتر كوانتومي با كامپيوترهاي سنتي برابر و عادلانه نبوده است. گوگل مسئله را كاملا هوشمندانه انتخاب كرد تا براي كامپيوتر كوانتومي مناسب باشند. به‌علاوه، متن مقاله هم مي‌گويد براي درك نهايي توانايي‌هاي رايانش كوانتومي، به پيشرفت‌هاي فناورانه‌ي بيشتري نياز خواهد بود. داولينگ و محققان ديگر اعتقاد دارند براي شكست كامل مفاهيم رمزنگاربي، ميليون‌هاي كيوبيت نياز خواهد بود؛ چراكه الگوريتم‌ها پيچيدگي درخورتوجهي دارند.
شبيه‌سازي‌هاي شيميايي و يادگيري ماشين به‌عنوان مهم‌ترين متخصصدهاي رايانش كوانتومي مطرح مي‌شوند
اسكات آرانسون، استاد دانشگاه تگزاس، مي‌گويد براي اثبات برتري كوانتومي، به اسناد معتبر بيشتري نياز خواهد بود. او مي‌گويد بدون انتشار جزئيات مقاله‌ي گوگل نمي‌توان درباره‌ي برتري كوانتومي آن‌ها اظهارانديشه متخصصين قطعي كرد.
گوگل و ديگر فعالان حوزه‌ي كوانتوم ادعاهاي متعددي درباره‌ي متخصصدهاي مفيد رايانش كوانتومي مي‌كنند. به‌عنوان مثال، آن‌ها بهبود شبيه‌سازي‌هاي شيميايي براي متخصصدهايي همچون ساخت باتري و كشف دارو را مثال مي‌زنند. به‌علاوه، پيشرفت در حوزه‌ي يادگيري ماشين به‌عنوان متخصصد مهم رايانش كوانتومي مطرح مي‌شود. شركت‌هايي همچون جي‌پي مورگان و دايملر از سخت‌افزار رايانش كوانتومي IBM استفاده مي‌كنند و ناسا در حوزه‌ي كوانتوم با گوگل همكاري مي‌كند. سازمان فضايي آمريكا اميدوار است كامپيوترهاي كوانتومي در مسائلي همچون برنامه‌ريزي مأموريت‌هاي فضايي و كشف سياره‌ها متخصصد داشته باشند.
زمان دستيابي كامپيوترهاي كوانتومي به هريك از مفاهيم مذكور هنوز مشخص نيست. داريو گيل، مدير تحقيقات IBM، به‌خاطر خبر اخير به گوگل تبريك گفت. او همچنين ابراز نگراني كرد اكه ستفاده از واژه‌ي برتري به ايجاد انتظارات غيرواقعي در خارج از دنياي رايانش كوانتومي منجر خواهد شد. او درباره‌ي پيشرفت‌هاي كوانتومي و متخصصدهاي واقعي گفت:
بايد ماشين‌هايي بسازيم كه ارزش متخصصدي ارائه كنند و اين هدف در آينده‌ي نزديك ممكن نخواهد شد.
هم انديشي ها