إطلاق العنان للتهديد: كيف يعرض التقدم التكنولوجي الثوري مستقبل العملة المشفرة للخطر

نشرت جوجل هذا الأسبوع بحثًا يصف كيف يمكن للكمبيوتر الكمي أن يستمد نظريًا مفتاحًا خاصًا للبيتكوين في 9 دقائق، مع تداعيات تمتد إلى الإيثيريوم، والرموز الأخرى، والخدمات المصرفية الخاصة، وربما كل شيء في العالم.

من السهل الخلط بين الحوسبة الكمومية ونسخة أسرع من الكمبيوتر العادي. لكنها ليست شريحة أكثر قوة أو مزرعة خوادم أكبر. إنها نوع مختلف تمامًا من الآلات، مختلفة على مستوى الذرة نفسها.

يبدأ الكمبيوتر الكمي بحلقة معدنية صغيرة جدًا وباردة جدًا، حيث تبدأ الجسيمات في التصرف بطرق لا تتصرف بها في ظل الظروف العادية على الأرض، وهي طرق تغير ما نعتبره القواعد الأساسية للفيزياء.

إن فهم ما يعنيه ذلك، جسديًا، هو الفرق بين القراءة عن التهديد الكمي واستيعابه فعليًا.

كيف تعمل أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر الكمومية في الواقع

تقوم أجهزة الكمبيوتر العادية بتخزين المعلومات على شكل وحدات بت، كل منها إما 0 أو 1. والبت عبارة عن مفتاح صغير. من الناحية المادية، فهو عبارة عن ترانزستور مثبت على "شريحة" - بوابة مجهرية إما تسمح للكهرباء بالمرور (1) أو لا تسمح بمرور (0).

يتم تخزين كل صورة، وكل معاملة بيتكوين، وكل كلمة كتبتها كأنماط من تشغيل أو إيقاف تشغيل هذه المفاتيح. لا يوجد شيء غامض في الشيء؛ إنه كائن مادي في إحدى الحالتين المحددتين.

كل عملية حسابية تقوم فقط بخلط هذه الأصفار والواحدات بسرعة كبيرة. يمكن للرقاقة الحديثة القيام بمليارات من هذه العمليات في الثانية، لكنها لا تزال تقوم بها واحدة تلو الأخرى، بالتسلسل.

تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية شيئًا يُعرف باسم الكيوبتات بدلاً من البتات. يمكن أن يكون الكيوبت 0، أو 1، أو - وهذا هو الجزء الغريب - كلاهما في نفس الوقت!

هذا ممكن لأن الكيوبت هو نوع مختلف تمامًا من الكائنات المادية. النسخة الأكثر شيوعًا، والتي تستخدمها جوجل، هي عبارة عن حلقة صغيرة من معدن فائق التوصيل يتم تبريده إلى حوالي 0.015 درجة فوق الصفر المطلق، وهي أبرد من الفضاء الخارجي ولكن هنا على الأرض.

عند درجة الحرارة هذه، تتدفق الكهرباء عبر الحلقة دون أي مقاومة، ويقال إن التيار موجود في حالة كمومية.

في الحلقة فائقة التوصيل، يمكن للتيار أن يتدفق في اتجاه عقارب الساعة (نسميه 0) أو عكس اتجاه عقارب الساعة (نسميه 1). لكن على المقاييس الكمومية، لا يتعين على التيار اختيار اتجاه واحد، بل يتدفق فعليًا في كلا الاتجاهين في وقت واحد.

لا تخطئ في التبديل بين الاثنين بسرعة كبيرة. التيار قابل للقياس والتجريب والتحقق منه في كلتا الحالتين في وقت واحد.

فيزياء محيرة للعقل

معنا حتى الآن؟ عظيم، لأنه هنا يصبح الأمر غريبًا حقًا، لأن الفيزياء وراء كيفية عمله ليست بديهية على الفور، وليس من المفترض أن تكون كذلك.

كل ما يتفاعل معه الإنسان في الحياة اليومية يخضع للفيزياء الكلاسيكية، التي تفترض أن الأشياء موجودة في مكان واحد في وقت واحد. لكن الجسيمات لا تتصرف بهذه الطريقة على المستوى دون الذري.

ليس للإلكترون موقع محدد حتى تنظر إليه. لا يمتلك الفوتون استقطابًا محددًا حتى يتم قياسه. لا يتدفق التيار في حلقة فائقة التوصيل في اتجاه محدد حتى تجبره على الانتقاء.

السبب الذي يجعلنا لا نختبر هذا في حياتنا اليومية هو عدم الترابط. عندما يتفاعل النظام الكمي مع بيئته، جزيئات الهواء والحرارة والاهتزازات والضوء، ينهار التراكب على الفور تقريبًا.

لا يمكن لكرة القدم أن تكون في مكانين في وقت واحد لأنها تتفاعل مع تريليونات من جزيئات الهواء، والغبار، والصوت، والحرارة، والجاذبية، وما إلى ذلك، في كل نانو ثانية. لكن عزل تيار صغير في فراغ قريب من الصفر المطلق، وحمايته من كل اضطراب محتمل، وسيظل السلوك الكمي لفترة كافية للحوسبة.

ولهذا السبب يصعب بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية. يقوم الناس بتصميم بيئات فيزيائية حيث يتم إيقاف قوانين الفيزياء التي تمنع عادةً حدوث هذه الأشياء لفترة كافية لإجراء عملية حسابية.

تعمل آلات جوجل في ثلاجات مخففة بحجم غرف ضخمة، أكثر برودة من أي شيء في الكون الطبيعي، ومحاطة بطبقات درع ضد الضوضاء الكهرومغناطيسية، والاهتزازات، والإشعاع الحراري.

والكيوبتات هشة حتى في ذلك الوقت. إنهم يفقدون حالتهم الكمومية باستمرار، ولهذا السبب يهيمن "تصحيح الخطأ" على كل محادثة حول التوسع.

لذا فإن الحوسبة الكمومية ليست نسخة أسرع من الحوسبة الكلاسيكية. إنها تستغل مجموعة مختلفة من القوانين الفيزيائية التي لا تنطبق إلا على نطاقات صغيرة للغاية، ودرجات حرارة منخفضة للغاية، وأطر زمنية قصيرة للغاية.

الآن كومة ذلك.

يمكن أن تكون البتتان العاديتان في إحدى الحالات الأربع (00، 01، 10، 11)، ولكن واحدة فقط في كل مرة (نظرًا لأن التيار يتدفق في اتجاه واحد فقط). يمكن أن يمثل الكيوبتان جميع الحالات الأربع في وقت واحد، حيث يتدفق التيار في جميع الاتجاهات في نفس الوقت.

تمثل ثلاثة كيوبتات ثماني حالات. عشرة كيوبت تمثل 1024. خمسون كيوبت تمثل أكثر من كوادريليون. يتضاعف الرقم مع كل كيوبت تتم إضافته، وهذا هو السبب في أن القياس أسي للغاية.

الحيلة الثانية هي ما يسمى التشابك. عندما يتشابك اثنان من الكيوبتات، فإن قياس أحدهما يشير على الفور إلى ملاحظة