رایانش ابری کوانتومی چیست و چگونه کار می کند؟
رایانش ابری کوانتومی (Quantum Cloud Computing) چیست؟
رایانش ابری کوانتومی، تکنولوژی رایانش کوانتومی را در قالب فضای ابری در اختیار سازمان‌ها، دانشگاهیان و سایر کاربران قرار می‌دهد.
رایانه‌های کوانتومی ابری با سرعت بیشتری کار می‌کنند و قدرت محاسباتی بالاتری نسبت به رایانه‌های معمولی دارند، زیرا آنها از اصول فیزیک کوانتومی هنگام حل مسائل محاسباتی پیچیده استفاده می‌کنند.
انواع مختلفی از کامپیوترهای کوانتومی وجود دارند، مانند بازپخت کوانتومی (Quantum Annealers)، شبیه ساز کوانتومی آنالوگ و کامپیوترهای کوانتومی جهانی. بازپخت کوانتومی در بین کامپیوترهای کوانتومی کم قدرت‌ترین در نظر گرفته می‌شوند اما برای حل مسائل بهینه سازی به خوبی کار می‌کنند. از طرف دیگر شبیه سازهای کوانتومی آنالوگ، سیستم‌های قدرتمندی هستند که می‌توانند مسائل فیزیک و بیوشیمی را حل کنند.
کامپیوترهای کوانتومی جهانی قدرتمندترین و پرکاربردترین نوع کامپیوتر کوانتومی هستند. همچنین در میان گزینه‌های دیگر ساخت آنها سخت‌ترین است. رایانش جهانی 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 این مسائل چه ارتباطی با تکنولوژی بلاک چین دارد؟ از آنجایی که رایانش کوانتومی فوق‌العاده قدرتمند است، نگرانی‌هایی قابل توجهی را در جامعه بلاک چین ایجاد کرده است، زیرا می‌تواند به طور بالقوه به ضرر فناوری بلاک چین که امروزه می‌شناسیم مورد استفاده قرار گیرد.
اول، رایانش کوانتومی می‌تواند به صورت فرضی برای تقلب کردن در بلاک چین‌های اثبات کار (PoW) مانند بیت کوین و به دست آوردن مزیت ناعادلانه نسبت به سایر ماینرها و تسلط بر استخراج بلاک چین مورد استفاده قرار گیرد. این مسئله شبکه‌های غیرمتمرکز با مکانیزم اثبات کار یا PoW مانند بیت‌کوین و لایت کوین را در معرض تهدید متمرکز شدن قرار می‌دهد.
دوم، رایانش کوانتومی همچنین از نظر تئوری می‌تواند کدهای رمزنگاری شده بلاک چین را رمزگشایی کند. این بدان معنی است که رایانش کوانتومی می‌تواند با استفاده از رمزنگاری، حمله به شبکه بلاک چین را امکان‌پذیر کند. با این حال، آینده برای سیستم‌های رمزنگاری شده آنچنان ناامیدکننده نیست، زیرا رایانش ابری کوانتومی ممکن است حتی راه حل‌های موثری برای محافظت و تقویت بلاک چین در برابر حملات کوانتومی ارائه دهد.
تفاوت بین رایانش ابری و رایانش ابری کوانتومی چیست؟
رایانش ابری کوانتومی از اصول کوانتومی برای رایانش توزیع شده استفاده می‌کند، در حالی که رایانش ابری از سرورهای راه دور برای ارائه خدمات رایانش توزیع شده استفاده می‌کند.
رایانش ابری به زبان ساده به ارائه خدماتی مانند ذخیره سازی داده‌ها، سرورها، پایگاه‌های داده و شبکه از طریق اینترنت اشاره دارد. به عنوان مثال، به جای ذخیره داده‌ها در سرورهای فیزیکی در محل کار، یک سازمان می‌تواند از ذخیره سازی ابری برای کاهش هزینه تعمیر و نگهداری سخت افزار و سایر هزینه‌ها استفاده کند.
از سوی دیگر، رایانش ابری کوانتومی از رایانش کوانتومی نشأت می‌گیرد – شکلی از رایانش (computing) که از اصول مکانیک کوانتومی برای حل مسائل پیچیده استفاده می‌کند، و کامپیوترهای کوانتومی را برای کاربران فراهم می‌کند تا به خدمات کوانتومی از طریق فضای ابری دسترسی پیدا کنند.
شرکت‌هایی که از رایانش ابری استفاده می‌کنند، مانند گوگل، آمازون، آی‌بی‌ام و مایکروسافت نیز در خط مقدم توسعه رایانه‌های کوانتومی برای اصلاح فناوری رایانشی و دادن امکان دسترسی کاربران بیشتری به رایانه‌های کوانتومی از طریق فضای ابری هستند. برای مثال کامپیوتر کوانتومی Osprey IBM دارای 433 کیوبیت است. طبق گزارش ها، این شرکت قصد دارد تا سال ۲۰۲۵ تا ۴۰۰۰ کیوبیت دست پیدا کند.
رایانش ابری کوانتومی چگونه کار می‌کند؟
خدمات رایانش ابری کوانتومی، کاربران را مستقیماً به پردازنده های کوانتومی، شبیه سازها و امولاتورها (برابرسازها) متصل می‌کند.
کامپیوترهای کوانتومی فیزیکی بسیار پیچیده هستند و دسترسی به فضای ابری را به یک راهی ایده‌آل برای کسانی تبدیل می‌کند که نیاز به استفاده از قدرت رایانش کوانتومی بدون خرید ماشین‌های سخت افزاری دارند.
به گفته IBM، سیستم‌های سخت‌افزاری کوانتومی تقریباً به اندازه یک خودروی متوسط هستند – آنها عمدتاً از سیستم‌های خنک‌کننده تشکیل شده‌اند تا اطمینان حاصل کنند که پردازنده ابررسانا در دمای عملیاتی فوق‌العاده سرد باقی می‌ماند.
سیستم‌های سخت‌افزاری کوانتومی از ابر-سیال‌هایی تشکیل شده‌اند که برای خنک‌کردن سیستم کار می‌کنند؛ همچنین از ابررساناها، که یک اتصال جوزفسون را برای حمل بارها از طریق تونل کوانتومی تشکیل می دهند، و از کیوبیت‌ها که کنترل رفتار و رله اطلاعات را تسهیل می کنند.
کیوبیت‌ها می‌توانند عملکرد مهمی به نام برهم نهی 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 چند-بعدی را فراهم می‌کند و حل مسائل پیچیده را تسهیل می‌کند.
نکته دیگر در مورد رایانش کوانتومی، مفهوم درهم تنیدگی است – یک اثر مکانیکی کوانتومی. درهم تنیدگی به ارتباط بین رفتار دو چیز جداگانه اشاره دارد. در زمینه درهم تنیدگی کوانتومی: درهم تنیدگی 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 رایانش کوانتومی می‌تواند مسائل پیچیده را با امتحان کردن همه پیکربندی‌های ممکن برای یک مسئله به صورت موازی حل کند، رایانه‌های کوانتومی از درهم‌تنیدگی کیوبیت برای کشف احتمالات استفاده می‌کنند. سپس الگوریتمی را اجرا می کنند تا شانس رسیدن به بهترین پاسخ ممکن را افزایش دهند.
هدف از رایانش ابری کوانتومی چیست؟
رایانش کوانتومی به طور بالقوه می تواند مشکلات حل نشده گذشته را در زمینه‌های مختلف مانند اقتصاد، طراحی و توسعه دارو، بازارهای مالی، لجیستیک و غیره حل کند.
به عنوان مثال، پلتفرم‌های رایانش کوانتومی ابری در مقیاس بزرگ می‌توانند برای حل مشکلات مربوط به بهینه‌سازی در لجستیک و زمان‌بندی منابع در یک زمینه تجاری استفاده شوند. در مراقبت‌های بهداشتی، این نوع رایانش به طور بالقوه می‌تواند حجم زیادی از داده‌های بیماران را برای یافتن موثرترین درمان‌ها برای بیماری‌های خاص تجزیه و تحلیل کند.
علاوه بر این، در زمینه امنیت سایبری، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند از قدرت رایانشی پیشرفته خود برای کمک به مبارزه با جرایم سایبری و نقض داده‌ها استفاده کنند. مزایای رایانش ابری کوانتومی بسیار زیاد است. یکی از مزایای مهم این است که به سازمان‌ها اجازه می‌دهد بدون خرید ماشین‌آلات و سیستم‌های خنک‌کننده به قدرت رایانش کوانتومی دسترسی داشته باشند.
همچنین به محققان کوانتوم، مانند دانشجویان و محققان فیزیک کوانتوم، اجازه می‌دهد تا اصول کوانتوم را بهتر درک کنند و بدون نیاز فیزیکی به کامپیوتر کوانتومی، آزمایش‌هایی را انجام دهند.
چگونه از رایانش ابری کوانتومی استفاده می‌شود؟
از جمله کاربردهای فعلی رایانش ابری کوانتومی، موارد مربوط به آزمایش الگوریتم کوانتومی است.
الگوریتم‌های کوانتومی بر روی رایانه‌های معمولی ساخته می‌شوند و برای اطمینان از دوام آنها روی رایانه‌های کوانتومی آزمایش می‌شوند. به دلیل هزینه‌های فنی بالا و موانع ورود به رایانش کوانتومی، رایانش کوانتومی ابری به کسب و کارها و محققان اجازه می‌دهد تا از این فناوری برای کشف برنامه‌های مختلف رایانش کوانتومی استفاده کنند.
رایانش کوانتومی از نظر توسعه و پیاده سازی هنوز در روزهای اولیه خود است، بنابراین پذیرش آن هنوز پایین است. با این حال، در دسترس قرار دادن این فناوری از طریق رایانش ابری توزیع شده، می‌تواند پیشرفت بزرگی باشد و درها را به روی بسیاری از کاربردهای بالقوه در آینده باز می‌کند. ادامه مطلب در رسانه خبری رمزآگاه