شرکت آی‌بی‌ام (IBM) به‌تازگی پروژه‌ای را معرفی کرده که می‌تواند جدول زمانی تهدید رایانه‌های کوانتومی علیه بیت کوین را کوتاه‌تر کند. این پروژه مربوط به ساخت اولین رایانه کوانتومی مقاوم در برابر خطا در جهان است. قرار است این سیستم تا سال ۲۰۲۹ (۱۴۰۸) عرضه شود.

تا پیش از این، کارشناسان فکر می‌کردند رایانه‌های کوانتومی به این زودی‌ها نمی‌توانند امنیت بیت کوین را به خطر بیندازند. اما IBM با معرفی سیستم جدیدش، ممکن است این پیش‌بینی را تغییر دهد.

رایانه کوانتومی مقاوم در برابر خطا چیست؟

رایانه‌های کوانتومی نسل فعلی قابلیت محاسبه در چند مسیر به‌صورت هم‌زمان را دارند. با این حال، نرخ خطای آن‌ها بسیار بالاست. تا زمانی که این رایانه‌ها نتوانند به‌صورت پایدار خطاها را تشخیص داده و اصلاح کنند، امکان اجرای الگوریتم‌های پیچیده‌ای که برای شکستن رمزنگاری بلاکچین لازم است، وجود ندارد.

سیستم جدید IBM با نام آی‌بی‌ام کوانتوم استارلینگ (IBM Quantum Starling) طراحی شده است. این سیستم قرار است با استفاده از ۲۰۰ کیوبیت تصحیح‌شده، ۱۰۰ میلیون عملیات کوانتومی را اجرا کند. این رایانه در مرکز داده کوانتومی IBM در شهر پوکیپسی ایالت نیویورک مستقر خواهد شد. این پروژه بخشی از نقشه راه بلندمدت IBM برای توسعه رایانه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر است که تا سال ۲۰۳۳ ادامه دارد. IBM در بیانیه‌ای اعلام کرد:

ما نقشه راه خود را بازنگری کرده‌ایم و برنامه‌ای تا سال ۲۰۳۳ و پس از آن تدوین کرده‌ایم. تاکنون توانسته‌ایم همه اهداف تعیین‌شده در این مسیر را با موفقیت اجرا کنیم. با توجه به این موفقیت‌ها، به پیشرفت آینده خود اطمینان داریم.

راهکار IBM برای دستیابی به سیستمی مقاوم در برابر خطا، بر پایه اصلاح خطا طراحی شده است. رایانه‌های کوانتومی نسبت به نویز و تداخل محیطی بسیار حساس هستند. این اختلال‌ها باعث می‌شوند کیوبیت‌ها به‌سرعت از حالت پایدار خارج شوند. آی‌بی‌ام برای حل این مشکل از کدی به نام بای‌وریت بایسیکل (Bivariate Bicycle) استفاده می‌کند. این کد نوعی روش تصحیح خطای LDPC (کد با چگالی پایین) مخصوص رایانه‌های کوانتومی است. به گفته IBM، این فناوری می‌تواند تعداد کیوبیت‌های فیزیکی موردنیاز را تا ۹۰٪ نسبت به روش‌های قبلی کاهش دهد.

سیستم استارلینگ همچنین به رمزگشای اصلاح خطای بلادرنگ مجهز خواهد شد. این رمزگشا می‌تواند روی سخت‌افزارهای مخصوص مانند اف‌پی‌جی‌ای (FPGA) یا ای‌سیک (ASIC) اجرا شود. این ویژگی باعث می‌شود که خطاها بلافاصله و پیش از اینکه شدت پیدا کنند، شناسایی و اصلاح شوند.

روزا دی فلیس (Rosa Di Felice) – مدیر فنی مرکز نوآوری کوانتومی IBM در دانشگاه USC – در گفت‌وگویی بیان کرد:

تمرکز زیادی روی اصلاح و کاهش خطا در رایانش کوانتومی وجود دارد. طراحی جدید این پردازنده می‌تواند اجرای مؤثرتر کدهای تصحیح خطای کوانتومی را ممکن کند.

این پردازنده جدید می‌تواند انجام محاسبات پیچیده برای تحلیل رفتار مولکول‌ها و مواد را ساده‌تر کند. این پیشرفت می‌تواند در زمینه‌هایی مانند جلوگیری از زنگ‌زدگی، بهبود واکنش‌های شیمیایی و طراحی داروهای جدید نقش مهمی ایفا کند.

جزئیات نقشه راه IBM برای توسعه رایانش کوانتومی

سال ۲۰۲۵ (۱۴۰۴):

• عرضه پردازنده نایت‌هاک (IBM Nighthawk) با ۱۲۰ کیوبیت و توانایی اجرای مدارهایی با عمق ۱۶ برابر بیشتر
• ارتقاء نرم‌افزار کیس‌کیت (Qiskit) با افزودن مدارهای پویا و امکان اتصال به محیط‌های رایانش قدرتمند (HPC)
• معرفی معماری ماژولار برای رایانه‌های کوانتومی مقاوم در برابر خطا
• توسعه پردازنده ای‌بی‌ام کوانتوم لون (IBM Quantum Loon) برای آزمایش اجزای معماری کد qLDPC؛ این پردازنده شامل C-couplerهایی است که می‌توانند کیوبیت‌ها را در فاصله‌های طولانی‌تر درون یک تراشه به هم متصل کنند

سال ۲۰۲۶ (۱۴۰۵):

• اجرای نخستین نمونه‌های نمایش «برتری کوانتومی»
• گسترش ابزارهای کاهش خطا و نگاشت کاربردهای محاسباتی برای آماده‌سازی جهت رایانش کوانتومی مقاوم
• عرضه پردازنده کوانتوم کوکابورا (IBM Quantum Kookaburra)، این پردازنده اولین مدل ماژولار IBM خواهد بود که می‌تواند اطلاعات رمزنگاری‌شده را هم ذخیره و هم پردازش کند. این سیستم حافظه کوانتومی و عملیات منطقی را ترکیب می‌کند و پایه‌ای برای توسعه رایانه‌های کوانتومی در مقیاس بزرگ‌تر فراهم می‌کند

سال ۲۰۲۷ (۱۴۰۶):

• افزایش مقیاس سیستم تا ۱,۰۸۰ کیوبیت با استفاده از اتصال بین تراشه‌ها
• معرفی پردازنده آی‌بی‌ام کوانتوم کوکاتو (IBM Quantum Cockatoo)، این پردازنده دو ماژول Kookaburra را با کمک ال‌کاپلر (L-coupler) به هم متصل می‌کند. این طراحی مانند اتصال نودها در یک سیستم بزرگ‌تر عمل می‌کند و نیاز به ساخت تراشه‌های بزرگ و پیچیده را از بین می‌برد

سال‌های ۲۰۲۸ تا ۲۰۲۹ (۱۴۰۷ تا ۱۴۰۸):

• عرضه نمونه اولیه رایانه کوانتومی مقاوم در برابر خطا (Starling) در سال ۲۰۲۸
• بهره‌برداری کامل و عمومی از این سیستم در سال ۲۰۲۹

چرا این موضوع مهم است؟

مایکل سیلر (Michael Saylor) – یکی از بنیان‌گذاران شرکت استراتژی (Strategy) – اما نظر دیگری دارد. سیلر تهدید رایانه‌های کوانتومی علیه بیت کوین را کم‌اهمیت دانست و گفت که این رایانه‌ها برای بانک‌ها و دولت‌ها تهدید جدی‌تری هستند. او تأکید کرد:

این رایانه‌ها خیلی زودتر می‌توانند به سیستم‌های بانکی، حساب‌های گوگل، مایکروسافت و دیگر دارایی‌ها حمله کنند، چون این سیستم‌ها از نظر رمزنگاری بسیار ضعیف‌تر هستند.

با این حال، پروفسور دیوید بیدر (David Bader) – از مؤسسه فناوری نیوجرسی – معتقد است که «مقاومت در برابر خطا» عاملی کلیدی برای واقعی شدن رایانه‌های کوانتومی است. او این ویژگی را تهدیدی برای روش‌های رمزنگاری فعلی، از جمله رمزنگاری بیت کوین می‌داند. او گفت:

هدف از مقاوم‌سازی این است که رایانه‌های کوانتومی کمتر آسیب‌پذیر و کمتر دچار خطا باشند. این فناوری برای گذر از چند کیوبیت محدود به ده‌ها هزار یا حتی میلیون‌ها کیوبیت ضروری است.

بیدر به نگرانی‌ها در مورد توانایی آینده این رایانه‌ها در شکستن الگوریتم‌های رمزنگاری ارزهای دیجیتال اشاره کرد. او گفت که توسعه‌دهندگان بلاکچین باید به‌سمت رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم حرکت کنند. او همچنین تأکید کرد:

رایانه‌ای که بتواند الگوریتم شور (Shor’s Algorithm) را اجرا کند، هنوز سال‌ها با ما فاصله دارد. بلاکچین‌ها در سال ۲۰۲۹ ناگهان از بین نمی‌روند، اما باید از حالا مراقب بود./میهن بلاکچین