محاسبات ابری کوانتومی چیست و چگونه کار می‌کند؟

کامپیوترهای کوانتومی ابری با سرعت بیشتری کار می‌کنند و قدرت محاسباتی بالاتری نسبت به کامپیوترهای معمولی دارند، زیرا آنها از اصول فیزیک کوانتومی هنگام حل مسائل پیچیده محاسباتی استفاده می‌کنند. انواع مختلفی از کامپیوترهای کوانتومی وجود دارند، مانند آنیل کوانتومی، شبیه‌ساز کوانتومی آنالوگ و کامپیوترهای کوانتومی جهانی. آنیل کوانتومی در بین کامپیوترهای کوانتومی ضعیف‌ترین در نظر گرفته می‌شوند؛ اما برای حل مسائل بهینه‌سازی به خوبی کار می‌کنند. از طرف دیگر شبیه‌سازهای کوانتومی آنالوگ، سیستم‌های قدرتمندی هستند که می‌توانند مسائل فیزیک و بیوشیمی را حل کنند.

کامپیوترهای کوانتومی جهانی قدرتمندترین و پرکاربردترین نوع کامپیوتر کوانتومی هستند. آنها همچنین سخت‌ترین موارد برای ساخت هستند و به طور بالقوه می‌تواند به ۱ میلیون کیوبیت (واحدهای پایه اطلاعات کوانتومی) دسترسی داشته باشد. با این حال، فناوری فعلی تنها می‌تواند به حدود ۱۰۰ تا ۴۰۰ کیوبیت دسترسی داشته باشد.

اما سوال اینجاست که این چه ارتباطی با فناوری بلاکچین دارد؟ از آنجایی که محاسبات کوانتومی فوق‌العاده قدرتمند است، به طور قابل‌توجهی نگرانی‌هایی را در کامیونتی بلاکچین ایجاد کرده است، زیرا می‌تواند به طور بالقوه در مقابل فناوری بلاکچینی که امروزه می‌شناسیم، مورد استفاده قرار گیرد.

اولاً محاسبات کوانتومی می‌تواند، به طور فرضی، مزیتی ناعادلانه نسبت به سایر ماینرهای اثبات کار (PoW) و احتمالاً تسلط بر استخراج بلاکچین داشته باشد. این شبکه‌های غیرمتمرکز PoW مانند بیتکوین و لایت‌کوین را در معرض تهدید تمرکزگرایی قرار می‌دهد.

دوم، محاسبات کوانتومی همچنین می‌تواند از نظر تئوری کدهای رمزگذاری مورد استفاده توسط بلاکچین را رمزگشایی کند. این بدان معنی است که محاسبات کوانتومی می‌تواند با استفاده از رمزنگاری، حمله به شبکه بلاکچین را فعال کند. با این حال، همه چیز به تلخی و تاریکی که عنوان می‌شود، نیست، زیرا محاسبات ابری کوانتومی ممکن است راه حل موثری برای محافظت و تقویت بلاکچین در برابر حملات کوانتومی ارائه دهد.

تفاوت بین محاسبات ابری و محاسبات ابری کوانتومی چیست؟

محاسبات ابری کوانتومی از اصول کوانتومی برای محاسبات توزیع شده استفاده می‌کند، در حالی که محاسبات ابری از سرورهای راه دور برای ارائه خدمات محاسباتی توزیع شده استفاده می‌کند.

محاسبات ابری به ارائه خدماتی مانند ذخیره‌سازی داده‌ها، سرورها، پایگاه‌های داده و شبکه از طریق اینترنت اشاره دارد. به عنوان مثال، به جای ذخیره داده‌ها در سرورهای فیزیکی که در محل موردنظر قرار دارد، یک سازمان می‌تواند خدمات ذخیره‌سازی ابری را برای کاهش تعمیر و نگهداری سخت‌افزار و سایر هزینه‌ها انتخاب کند.

از سوی دیگر، محاسبات ابری کوانتومی از محاسبات کوانتومی نشئت می‌گیرد – نوعی از محاسبات که از اصول مکانیک کوانتومی برای حل مسائل پیچیده استفاده می‌کند. این کامپیوترهای کوانتومی را برای کاربران فراهم می‌کند تا به خدمات و راه‌حل‌های فعال کوانتومی از طریق سرویس‌های ابری دسترسی پیدا کنند.

شرکت‌هایی که از محاسبات ابری استفاده می‌کنند، مانند گوگل، آمازون، آی‌بی‌ام و مایکروسافت نیز در خط مقدم توسعه رایانه‌های کوانتومی برای اصلاح فناوری محاسباتی و امکان دسترسی کاربران بیشتری به رایانه‌های ابری کوانتومی هستند. برای مثال، کامپیوتر کوانتومی Osprey IBM دارای 433 کیوبیت است. طبق گزارش‌ها، این شرکت قصد دارد تا ظرفیت را سال ۲۰۲۵ تا ۴۰۰۰ کیوبیت توسعه پیدا دهد.

محاسبات ابری کوانتومی چگونه کار می‌کند؟

کامپیوترهای کوانتومی فیزیکی بسیار پیچیده هستند و دسترسی ابری (Cloud-base) را به یک حالت ایده‌آل برای کسانی تبدیل می‌کند که نیاز به استفاده از قدرت محاسبات کوانتومی بدون خرید دستگاه دارند.

به گفته IBM، سیستم‌های سخت‌افزاری کوانتومی آن تقریباً به اندازه یک خودروی متوسط هستند – عمدتاً از سیستم‌های خنک‌کننده تشکیل شده‌اند تا اطمینان حاصل کنند که پردازنده ابررسانا در دمای عملیاتی سرد باقی می‌ماند.

سیستم‌های سخت‌افزاری کوانتومی از ابَرسیال‌هایی تشکیل شده‌اند که برای خنک‌کردن سیستم کار می‌کنند – ابررساناها، اتصال Josephson را برای حمل بارها از طریق تونل کوانتومی تشکیل می‌دهند و کیوبیت‌ها کنترل رفتار و رله اطلاعات را تسهیل می‌کنند.

کیوبیت‌ها می‌توانند عملکرد مهمی به نام «برهم‌نهی» (Superposition) را انجام دهند که به آنها اجازه می‌دهد اطلاعات کوانتومی را که در اختیار دارند در حالت برهم نهی یا ترکیبی از تمام تنظیمات ممکن کیوبیت‌ها قرار دهند. این پدیده امکان ایجاد فضاهای محاسباتی چندبعدی را فراهم می‌کند و حل مسائل پیچیده را تسهیل می‌کند.

نکته دیگری که هنگام صحبت در مورد محاسبات کوانتومی قابل درک است، مفهوم درهم‌تنیدگی (Entanglement) است – یک اثر مکانیکی کوانتومی. درهم‌تنیدگی به ارتباط بین رفتار دو چیز جداگانه اشاره دارد. این با درهم‌تنیدگی کیوبیت‌ها، تغییراتی در سایر کیوبیت‌ها ایجاد می‌کنند و به سیستم اجازه می‌دهند سریع‌تر از رایانه‌های معمولی راه‌حل‌ها را بیابند.

برخلاف تصور رایج اما اشتباه که محاسبات کوانتومی می‌تواند مسائل پیچیده را با آزمایش هر پیکربندی ممکن برای یک مسئله به صورت موازی حل کند، رایانه‌های کوانتومی از درهم‌تنیدگی کیوبیت برای کشف احتمالات استفاده می‌کنند. سپس الگوریتمی را اجرا می‌کنند تا شانس رسیدن به بهترین پاسخ ممکن را افزایش دهند.

هدف از محاسبات ابری کوانتومی چیست؟

محاسبات کوانتومی به طور بالقوه می‌تواند مشکلات حل‌نشدنی حال حاضر را در زمینه‌های مختلف مانند اقتصاد، طراحی و توسعه دارو، امور مالی، تدارکات و غیره حل کند.

به عنوان مثال، پلتفرم‌های محاسباتی ابری کوانتومی در مقیاس بزرگ می‌توانند برای حل مشکلات مربوط به بهینه‌سازی در لجستیک و زمان‌بندی منابع در یک زمینه تجاری استفاده شوند. در مراقبت‌های بهداشتی، محاسبات ابری کوانتومی به طور بالقوه می‌تواند حجم زیادی از داده‌های بیمار را برای یافتن موثرترین درمان‌ها برای بیماری‌های خاص تجزیه و تحلیل کند.

علاوه بر این، در زمینه امنیت سایبری، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند از قدرت محاسباتی پیشرفته خود برای کمک به مبارزه با جرایم سایبری و نقض داده‌ها استفاده کنند. مزایای محاسبات ابری کوانتومی بسیار زیاد است. یکی از مزایای مهم این است که به سازمان‌ها اجازه می‌دهد بدون خرید دستگاه و سیستم‌های خنک‌کننده به قدرت محاسبات کوانتومی دسترسی داشته باشند.

همچنین به محققان کوانتومی، مانند دانشجویان و محققان فیزیک کوانتومی، اجازه می‌دهد تا اصول کوانتومی را بهتر درک کنند و بدون نیاز فیزیکی به کامپیوتر کوانتومی، آزمایش‌های خود را انجام دهند.

چگونه از محاسبات ابری کوانتومی استفاده می‌شود؟

از جمله کاربردهای فعلی محاسبات ابری کوانتومی، موارد مربوط به آزمایش الگوریتم کوانتومی است.

الگوریتم‌های کوانتومی بر روی رایانه‌های معمولی ایجاد می‌شوند و برای اطمینان از عملکرد موفق روی رایانه‌های کوانتومی آزمایش می‌شوند. به دلیل هزینه‌های فنی بالا و موانع ورود به محاسبات کوانتومی، محاسبات کوانتومی ابری به کسب‌وکارها و محققان اجازه می‌دهد تا از این فناوری برای کشف برنامه‌های مختلف محاسبات کوانتومی استفاده کنند.

محاسبات کوانتومی از نظر توسعه و پیاده‌سازی در روزهای اولیه خود است، بنابراین پذیرش آن هنوز کم است. با این حال، در دسترس قرار دادن این فناوری از طریق محاسبات ابری توزیع شده، یک تغییردهنده بازی است که درها را به روی بسیاری از کاربردهای بالقوه در آینده باز می‌کند.

آینده محاسبات کوانتومی ابری چگونه است؟

کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که اجرای محاسبات کوانتومی مبتنی بر ابر ممکن است چالش‌برانگیزتر از هوش مصنوعی باشد که در دهه گذشته به طور قابل توجهی رونق گرفته است.

این چالش تا حدی به دلیل الزامات فنی پیچیده کامپیوترهای کوانتومی است. از آنجایی که سیستم‌های سخت‌افزاری کوانتومی به شرایط عملیاتی بسیار سرد نیاز دارند، ارائه‌دهندگان سرویس‌های ابری باید فضاهای اختصاصی برای کامپیوترهای کوانتومی بسازند. مراکز داده موجود امروزی برای این منظور مجهز نیستند.

علاوه بر این، محاسبات کوانتومی و نرم‌افزارهای مرتبط با آن هنوز در مراحل اولیه توسعه و پیاده‌سازی خود هستند، بنابراین صنعت کلی هنوز نوپا تلقی می‌شود. برنامه‌نویسان همچنین باید مهارت‌های حسابی و منطقی جدیدی کسب کنند، زیرا رویکردهای برنامه‌نویسی دیجیتال معمولی بسیار با روش‌های مورد نیاز برای محاسبات کوانتومی متفاوت است.

با این حال، کارشناسان در مورد پتانسیل محاسبات کوانتومی ابری خوش‌بین هستند و معتقدند که می‌تواند مزایای قابل توجهی را برای صنایع مختلف مانند مالی، لجستیک، مراقبت‌های بهداشتی و فناوری فراهم کند.

همانطور که این فناوری در حال تکامل است، هنوز احتمال زیادی وجود دارد که محاسبات کوانتومی مبتنی بر ابر در آینده نزدیک به طور گسترده‌ای در دسترس باشد و دسترسی به این فناوری قدرتمند را برای مشاغل آسان‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر کند.

شرکت‌های ابری احتمالاً اولین ارائه‌دهندگان خدمات کوانتومی خواهند بود، زیرا این سرویس به سادگی پیشنهادهای فعلی را گسترش می‌دهد. اگر محاسبات ابری کوانتومی به طور مؤثر مستقر و به بازار عرضه شود، ممکن است به اندازه پیاده‌سازی‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی فراگیر شود.