MIT موفق به طراحی کامپیوتر کوانتومی پنج اتمی شد

خبرنامه دانشجویان ایران: بخش عمده‌ای از رمزنگاری‌هایی که امروزه در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد، بر مبنای چالش فاکتورگیری و فاکتوریل اعداد بزرگ استوار است. اما دانشمندان به تازگی اعلام کرده‌اند که موفق به ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی پنج اتمی شده‌اند. کامپیوتری که این پتانسیل را دارد تا در آینده‌ای نه چندان دور بدون هیچ‌گونه زحمتی اسکیماهای رمزنگاری سنتی را در هم شکند.

به گزارش «خبرنامه دانشجویان ایران» به نقل از شبکه؛ امروزه ابرکامپیوترها به اندازه‌ای قدرتمند شده‌اند که به راحتی توانایی انجام محاسبات قدرتمند را دارند، اما برای محاسبه حاصل ضرب اعداد بسیار بزرگ ( فاکتوریل) به سال‌ها زمان نیاز دارند. در محاسبات سنتی، اعداد بر مبنای صفرها و یک‌ها نشان داده می‌شوند. اما در مقابل سیستم‌های سنتی، کامپیوترهای کوانتومی قرار دارند. سیستم‌هایی که در مقیاس اتم و بر مبنای کیوبیت‌ها کار می‌کنند. کیوبیت‌ها این توانایی را دارند تا در آن واحد به‌طور همزمان مقادیر صفر،  یک یا هر دو را نشان دهد. وضعیتی که در اصلاح علمی به آن برهم‌نهی کوانتومی می‌گویند. به‌طور معمول برای محاسبه فاکتوریل عددی همچون 15 به 12 کیوبیت نیاز است.

ااما محققان دانشگاه MIT به همراه گروهی از پژوهش‌گران دانشگاه اینسبروک اتریش به روشی دست یافته‌اند که به راحتی توانایی حل این مشکل را دارد. به‌طوری که موفق شدند برای محاسبه فاکتوریل عدد 15 تنها از 5 کیوبیت استفاده کنند. ضریب موفقیت این روش 99 درصد اعلام شده است. در این کامپیوتر پنج اتمی، چهار اتم با استفاده از پالس‌های لیزری حالت برهم‌نهی را به وجود می‌آورند و به عنوان گیت‌‌های منطقی عمل می‌کنند (در این وضعیت چهار اتم دارای دو حالت متفاوت از انرژی هستند)، در حالی‌که پنجمین اتم برای ذخیره‌سازی جواب و ارائه جواب مورد استفاده قرار می‌گیرد. به کارگیری پالس‌های لیزری باعث پایدار شدن سیستم کوانتومی شده و به این شکل اتم‌ها را در دام یون‌ها قرار می‌‌دهد.

این کامپیوتر کوانتومی نه تنها در مقایسه با نمونه‌‌های مشابه محاسباتی بسیار دقیق‌تر و کارآمدتر عمل می‌کند، بلکه کاملا توسعه‌پذیر است. به‌طوری که برای محاسبه اعداد بزرگ‌تر کافی است تعداد اتم‌ها را بیشتر کنید. اما بزرگ‌تر شدن اندازه این کامپیوتر مخاطرات جدیدی را به لحاظ امنیتی برای روش‌‌هایی نظیر RSA که بر پایه مکانیزم فاکتورگیری کار می‌کنند، به وجود خواهد ‌آورد. امروزه برای محافظت از کارت‌های اعتباری، اطلاعات محرمانه و دیگر داده‌های حساس از روش فاکتورگیری استفاده می‌شود، همین موضوع باعث می‌شود تا این چنین کامپیوترهایی به راحتی توانایی شکستن رمزگذاری‌های پیاده‌سازی شده روی چنین مکانیزم‌هایی را داشته باشند.

پروفسور اسحاق چوانگ استاد فیزیک و مهندسی برق و علوم کامپیوتر دانشگاه MIT در این‌باره گفته است: « در حال حاضر اصلی‌ترین بحثی که در ارتباط با کامپیوترهای کوانتومی وجود دارد به هزینه‌ بسیار بالای ساخت این مدل کامپیوترها باز می‌گردد. در نتیجه امیدوار نباشید که در آینده نزدیک این چنین کامپیوترهایی را روی میز کار خود مشاهده کنید. این دستاورد بیشتر یک رویکرد مهندسی به شمار می‌رود. اما ما پیش‌بینی می‌کنیم نسل‌های بعدی این کامپیوتر کاملا گسترش‌پذیر باشند، به‌طوری که بتوانیم از پرتوهای لیرزی بیشتری برای نظارت بر پالس‌ها استفاده کنیم. بدون شک یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی این توانایی را دارد تا به راحتی رمزنگاری‌های سنتی RSA را در آینده بشکند.»

البته در زمان نگارش این مقاله این کامپیوتر تنها قادر به فاکتوریل‌گیری تا عدد 15 است، اما برای پیاده‌سازی یک کامپیوتر بسیار پیچیده به هزاران سیگنال لیزری نیاز است که به‌طور همزمان با یکدیگر کار کنند. بدون شک دستاورد پژوهش‌گران MIT پیامدهای بسیار بزرگی برای دنیای امنیت به همراه خواهد آورد. به‌طوری که یک سازمان دولتی یا تیمی از هکرها با در اختیار داشتن چنین ماشینی به راحتی توانایی شکستن هرگونه رمزنگاری مبتنی بر احتمالات و محاسبات را خواهند داشت. در یک سطح ابتدایی کامپیوتر کوانتومی ساخته شده توسط MIT این توانایی را دارد تا مشکلات ریاضی که در ارتباط با اعداد بسیار بزرگ هستند را حل کند.