مسئله کامپیوتر کوانتومی (Quantum Computing) و تأثیر آنها بر ارزهای دیجیتال و دنیای کریپتوکارنسی از جمله مسائل مورد بحث بین کاربران و حتی صاحب‌نظران این حوزه است. به طور کلی، یک کامپیوتر کوانتومی، دستگاهی ابر قدرت است که می‌تواند تمامی مسائل مهم را در عرض چندین دقیقه به راحتی حل کند.

این که در حال حاضر چند رایانه کوانتومی بالقوه در جهان وجود دارند و قدرت کنترل آنها در دست چه کسی یا چه سازمانی است، بماند؛ اما مسئله مهم اینجاست که آیا می‌توان به این قضیه فکر کرد که کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند، به عنوان تهدیدی برای امنیت شبکه‌ بلاکچین و همچنین ارزهای دیجیتال محسوب شوند؟

آنچه که ما در این مقاله به عنوان موضوع اصلی قرار داده‌ایم، بررسی تأثیر کامپیوتر کوانتومی بر دنیای کریپتوکارنسی و همچنین بررسی احتمال تهدید امنیت تراکنش‌های مختلف است. فکر کردن به این مسئله که یک کامپیوتر می‌تواند به عنوان تهدیدی برای امنیت بلاکچین محسوب شود، آن‌قدر حساس خواهد بود که ممکن است قیمت یک ارز دیجیتال به همین دلیل سقوط کند. با ما همراه باشید تا سراغ این بحث مهم برویم و ارتباط این مسئله با سقوط قیمت بیت کوین را در اواخر مارس ۲۰۲۲ مورد بررسی قرار دهیم.

کامپیوتر کوانتومی دقیقاً چیست؟

کامپیوتر کوانتومی(quantum computing) کامپیوتری است که از پدیده‌های مکانیک کوانتوم برای انجام محاسبات خود کمک می‌گیرد. در کامپیوترهای کوانتومی به جای اینکه از دو حالت صفر و یک برای انجام محاسبات استفاده شود از جهت چرخش الکترون‌ها (اسپین) برای تعریف حالت‌های مختلف و انجام عملیات استفاده می‌شود.

اساس کار کامپیوترهای کوانتومی منطبق بر اصل برهم نهی کوانتومی است. در این اصل الکترون‌ها برای چرخش هیچ محدودیتی ندارند و می‌توانند به طور همزمان به سمت چپ به سمت راست یا سایر جهت‌ها چرخش کنند.

بنابراین ما در کامپیوتر کوانتومی فقط دو حالت صفر و یک را نداریم، بلکه با حالت‌های بسیار زیادی مواجه هستیم که باعث افزایش دقت و سرعت انجام محاسبات می‌شود. این کامیپوترها به دلیل سرعت بسیار زیادی که در مقایسه با کامپیوترهای کلاسیک دارند به عنوان نسل آینده‌ی پردازش‌های کامپیوتری شناخته می‌شوند.

کامپیوترهای کوانتومی برای اولین‌بار در سال ۱۹۹۸ با ظرفیت ۲ کیوبیت تولید شدند؛ البته فرایند ساخته شدن این نوع کامپیوترها در سال‌های بعدی پیشرفته‌تر شد و کامپیوترهای کوانتومی با ظرفیت‌های ۵ و ۷ کیوبیتی هم ساخته شدند.در کامپیوتر کوانتومی به جای بیت از کیوبیت (Qubit) استفاده می‌شود که به آن بیت کوانتومی نیز گفته می‌شود.با بیشتر شدن کیوبیت‌ها، قدرت پردازش آنها به صورت تصاعدی افزایش پیدا می‌کند.

محاسبات رایج (Conventional Computing)

آیا تا به حال فکر کرده‌اید اموری ساده‌ای که در طول روز توسط کامپیوتر یا موبایل خود انجام می‌دهید، چگونه توسط پردازنده (CPU) دستگاه شما انجام می‌گیرد؟

کامپیوترهای متعارف می‌توانند اعداد (۰ و ۱) را در حافظه خود ذخیره و روی آن‌ها عملیات ساده ریاضی (پردازش) را انجام دهند. عمل ذخیره‌سازی و پردازش توسط سوییچ‌هایی به نام ترانزیستور انجام می‌گیرد. ترانزیستورها را می‌توانید نسخه‌ای میکروسکوپی از سوییچ‌هایی که روی دیوار جهت خاموش و روشن شدن چراغ‌ها استفاده می‌شود، در نظر بگیرید.

در واقع یک ترانزیستور می‌تواند روشن و یا خاموش باشد. درست همان‌طور که نور می‌تواند روشن و یا خاموش شود. از ترانزیستور روشن می‌توانیم برای ذخیره یک (۱) و از خاموش بودن آن برای ذخیره صفر (۰) استفاده کنیم.

رشته‌هایی طولانی از این صفر و یک‌ها می‌توانند برای برای ذخیره هر عدد، نماد و حروفی استفاده شوند. به طور مثال در قواعد کد «اسکی» (ASCII) رشته ۱۰۰۰۰۰۱ برای نمایش A و رشته ۰۱۱۰۰۰۰۱ برای نمایش a به کار می‌رود. هر کدام از این ۰ و ۱ها یک رقم باینری یا بیت نامیده می‌شوند که با رشته‌ای ۸ بیتی می‌توانید ۲۵۵ کاراکتر مختلف مثل A-Z، a-z و ۰-۹ را ذخیره کنید. یادآور می‌شویم که هر ۸ بیت معادل ۱ بایت در نظر گرفته می‌شود.

کامپیوتر‌ها با استفاده از مدارهای (دروازه – گیت) منطقی (Logic Gates) که از تعدادی ترانزیستور ساخته شده‌اند، محاسبات و پردازش را بر روی بیت‌ها انجام می‌دهند. یک گیت منطقی حالت یک بیت را سنجیده و در حافظه‌ای موقت موسوم به رجیستری ذخیره می‌کند. سپس آن‌ها را به حالت جدیدی تبدیل می‌کند.

در واقع معادل عمل جمع، تفریق یا ضرب که ما در ذهن خود انجام می‌دهیم. یک الگوریتم در سطح پایین و به صورت فیزیکی، در واقع متشکل از چندین گیت منطقی است که کنار یکدیگر تشکیل یک مدار الکترونیکی را داده‌اند. این مدار محاسبه یا عمل خاصی را انجام می‌دهد.

همان‌طور که در مقدمه مقاله اشاره کردیم، روند کوچک‌سازی ابعاد ترانزیستورها با مشکل مواجه بوده و در لیتوگرافی‌های زیر ۱۰ نانومتر به کندی پیش می‌رود. تا قبل از اختراع ترانزیستور در سال ۱۹۴۷، سوییچ‌هایی که عمل ترانزیستور را انجام می‌دادند، لامپ‌هایی خلأ بودند که اندازه بزرگی داشتند.

امروزه روی یک تراشه پیشرفته به اندازه ناخن دست، میلیاردها ترانزیستور وجود دارد. در دهه ۱۹۶۰، گوردن مور یکی از بنیانگذران شرکت بزرگ «اینتل» (Intel) قانونی تجربی را که به «قانون مور» (Moore’s law) معروف است بیان کرد. این قانون پیش‌بینی می‌کند که به طور متوسط هر ۱۸ ماه تعداد ترانزیستورها بر روی یک تراشه با مساحت ثابت، دو برابر می‌شود.

مطابق با پیشبینی قانون مور، از دهه ۱۹۶۰ تا کنون با افزایش تعداد ترازیستورها و در نتیجه افزایش حافظه و سرعت کامپیوترها، برخی از مسائل پیچیده حل شده و از تعداد آن‌ها کم شده است. اما همچنان مسائلی وجود دارند که حتی سوپرکامپیوترهایی که در چند سال اخیر به جهان عرضه شدند، قدرت و توانایی حل آن‌ها را ندارند.

جدا از مطلب فوق، در چند سال اخیر فرآیند ساخت ترانزیستورها و لیتوگرافی‌های کمتر از ۱۰ نانومتر با مشکلاتی مواجه بوده و به کندی پیش می‌رود. در واقع به نظر می‌رسد که قانون مور به پایان عمر خود نزدیک است. جدا از راهکارهای کلاسیکی برای رفع مشکلات، می‌توانیم رویکردهای فیزیک کوانتومی را بررسی و علم محاسبات را به دنیای کوانتومی وارد کنیم.

مقایسه کامپیوترهای کوانتومی با کامپیوترهای کلاسیک

بدیهی است که کامپیوترهای کوانتومی با برخورداری از سازوکارهای ویژه، قابلیت حل کردن مشکلاتی را دارند که با استفاده از کامپیوترهای کلاسیک، امکان‌پذیر نبود. کامپیوترهای کوانتومی واحدهایی با عنوان کیوبیت دارند که در هر لحظه می‌توانند هم ۰ و هم ۱ باشند؛ این ویژگی یکی از برتری‌های کامپیوترهای کوانتومی نسبت به کامپیوترهای کلاسیک است.

در همین لحظه که ما از سیستم‌های کامپیوتری استفاده می‌کنیم، با توجه به قوانین باینری و ریاضی، واحدهای پردازنده اطلاعات یا ۰ و یا ۱ هستند. به طور کلی، فیزیک کوانتوم شامل آن بخش از فیزیک مدرن می‌شود که از قوانین فیزیک کلاسیک پیروی نمی‌کنند.

یکی دیگر از تفاوت‌های یک کامپیوتر کوانتومی یا نوع کلاسیک آن در نوع عملکرد آن‌هاست؛ کامپیوترهای کلاسیک با استفاده از ترانزیستورها عمل می‌کنند و این در حالی است که رایانه‌های کوانتومی با استفاده از قوانین فیزیک کوانتومی به فعالیت خود ادامه خواهند داد.

رایانه‌های کوانتومی می‌توانند با استفاده از قابلیت‌هایی که دارند، محاسباتی را که در کامپیوترهای کلاسیک، چندین سال طول می‌کشیدند، در عرض چند دقیقه به پایان برسانند. برای درک تفاوت‌های کامپیوترهای کوانتومی و کلاسیک، کافی است به گوشی موبایلتان نگاهی بیندازید؛ قدرت همین گوشی‌های موبایل در مقایسه با تمام ابر کامپیوترهای ۵۰ سال پیش بیشتر است. بدیهی است که کامپیوترهای کوانتومی به مراتب قدرتمندتر از نوع کلاسیکشان باشند.

تاریخچه کامپیوتر کوانتومی Quantum Computing

اگر در مورد کامپیوترهای کوانتومی سررشته داشته باشید یا حداقل در مورد آن مطالعه کرده باشید، به خوبی می‌دانید که پیشرفته‌ترین رایانه کوانتومی جهان در سال ۲۰۱۱ معرفی شد. سال ۲۰۱۱ یک شرکت کانادایی با اسم Dwave موفق شده بود که با ساختن یک رایانه کوانتومی با ظرفیت ۱۲۸ کیوبیت، گامی بزرگ در این حوزه بردارد. اما پس از ۸ سال از این ماجرا یعنی در سال ۲۰۱۹، شرکت بزرگ و معتبر گوگل مدعی شد که به قدرتمندترین و پیشرفته‌ترین رایانه کوانتومی جهان دست یافته است و قصد دارد تا با آن، به همه مسائل حل‌نشده جهان خاتمه دهد.

ادعای گوگل در مورد رایانه کوانتومی مورد نظرش آن‌قدر بزرگ بود که بعضی از شرکت‌های دیگر مثل IBM از آن به عنوان یک ادعای پوچ و مسخره یاد کردند. گوگل ادعا کرده بود که این رایانه کوانتومی می‌تواند فعالیت‌ها و مسائلی را که ابرکامپیوتر دنیا یعنی Summit قرار است در عرض ۱۰۰۰ سال انجام دهد، در عرض ۳ دقیقه به پایان برساند.

مطمئناً با استفاده از رایانه‌های کوانتومی می‌توان تحول‌های بزرگی را در سطح کره خاکی به وجود آورد، اما ادعای گوگل در این باره نیازمند راستی‌آزمایی‌های بیشتری است. با این اوصاف، اگر ادعای گوگل در این مورد واقعیت داشته باشد، می‌توان به این مسئله فکر کرد که با استفاده از این کامپیوتر کوانتومی می‌توان چه کارهایی را انجام داد. بسیاری از افراد دائماً مسئله رایانه‌های کوانتومی را به ارزهای دیجیتال ربط می‌دهند؛ اما چرا؟

ارتباط رایانش کوانتومی با شبکه بلاکچین

برای بررسی این موضوع بسیار مهم و اساسی لازم است که ابتدا بدانید، یک شبکه بلاکچین با چه سازوکاری فعالیت می‌کند که احتمال تهدید آن توسط یک کامپیوتر کوانتومی وجود دارد. به طور کلی شبکه‌های بلاکچین با استفاده از توابعی فعالیت می‌کنند که تابع قوانین ریاضی و عملگرهای یک‌طرفه (هش) هستند.

به عبارت ساده‌تر، توابع ریاضی مورد استفاده برای امنیت بلاک‌چین‌ها که به صورت مشخص برای ایجاد امضای دیجیتالی و همچنین انجام دادن تراکنش‌ها و معاملات استفاده می‌شوند، علی‌رغم پیچیده بودن، دارای نقاط ضعف هم هستند. یکی از نقاط ضعف این توابع ریاضی پیچیده، این است که نمی‌توان در مورد مقاومت و امنیت آنها در مقابل یک کامپیوتر کوانتومی، مطمئن بود.

در حال حاضر هیچ کامپیوتر دیجیتالی و قدرتمندی نمی‌تواند از پس این توابع ریاضی بسیار پیچیده در شبه‌های بلاکچین بربیاید. اما همان‌طور که اشاره کردیم، تمامی مسائل حل‌نشدنی و سخت برای یک رایانه کوانتومی، در عرض چند دقیقه قابل حل خواهند بود. با این اوصاف بسیاری از کارشناسان و صاحب‌نظران حوزه کریپتوکارنسی بر این باور هستند که با ظهور کامپیوترهای کوانتومی امکان بروز اتفاقات خطرناکی مثل حمله ۵۱ %، حمله خرج کردن مضاعف و خدشه‌دار شدن امنیت شبکه بلاکچین وجود خواهد داشت یا خیر.

پیدایش محاسبات کوانتومی

نظریه و فیزیک کوانتوم قوانین حاکم بر دنیای میکروسکوپی، اتم‌ها و ذرات زیر اتمی را تشریح می‌کند. همان‌طور که احتمالاً می‌دانید، در مقیاس‌های اتمی، قوانین فیزیک کلاسیک دیگر کارایی نداشته و نیاز است تا قوانین جدیدی را به کار بریم.

در کتاب‌های اپتیک، نور را موجودی دوگانه (موج و ذره) تعریف می‌کنند. در واقع نور بخشی از طیف امواج الکترومغناطیسی است که در عین حال یک ذره (فوتون) هم می‌تواند باشد! شاید بپرسید چگونه یک چیز واحد می‌تواند دو موجودیت داشته باشد؟! بله، در دنیای کوانتوم نظیر چنین مطالبی امری عادی است. به جز بحث دوگانگی موج – ذره نور، یکی دیگر از مثال‌های معروف دنیای فیزیک کوانتوم، گربه شرودینگر است. این گربه که در جعبه‌ای قرار دارد، در هر لحظه هم ‌می‌تواند زنده باشد و هم مرده!

حال فرض کنید که ما همچنان بتوانیم ابعاد ترانزیستورها را کوچک و کوچکتر کنیم تا قانون مور پابرجا بماند. این ترانزیستورهای کوچک دیگر همانند ترانزیستورهای قدیمی مطابق قوانین فیزیک کلاسیک کار نکرده و از قوانین پیچیده‌تر فیزیک کوانتومی پیروی می‌کند. سوال مهمی که در اینجا پیش می‌آید، این است که آیا تراشه‌های ساخته شده با این ترانزیستورهای به اصطلاح کوانتومی می‌توانند کارهای رایج مارا انجام دهند؟! محاسبات ریاضی روی کاغذ به این سوال پاسخ مثبت می‌دهد.

اجازه دهید نگاهی گذار به روند پیشرفت علوم کامپیوتر و محاسبات که باعث شدند امروزه کامپیوترهای کوانتومی به گزینه‌ای جدی برای انجام محاسبات تبدیل شوند، داشته باشیم. آغاز این روند از دو فیزیکدان و محقق شرکت «آی بی اِم» (IBM) به نام‌های «رالف لاندائور» (Rolf Landauer) و «کارلس بِنِت» (Charles H. Bennett.) بود. لاندائور در دهه ۱۹۶۰ مطرح کرد که اطلاعات ماهیتی فیزیکی دارند که با توجه به قوانین فیزیکی می‌توانند تغییر کنند.

یکی از نتایج بسیار مهم از طرح لاندائور این است که کامپیوترها، به واسطه دستکاری و تغییر اطلاعات (بیت‌ها) باعث به هدر رفتن انرژی می‌شوند. به همین دلیل است که قسمت‌های پردازشی در یک کامپیوتر نظیر تراشه مرکزی (CPU) و تراشه گرافیکی (GPU) حتی اگر عملیات سنگینی انجام ندهند، انرژی بسیار زیادی مصرف کرده و گرم می‌شوند.

بِنِت در دهه ۱۹۷۰ در راستای طرح لاندائور، نشان داد که اگر کامپیوترها بتوانند عملیات پردازش را به طور برگشت‌پذیر انجام دهند، می‌توان از اتلاف انرژی به حد زیادی جلوگیری کرد. منظور از پردازش یا محاسبات برگشت‌پذیر به طور خیلی ساده این است که با داشتن خروجی‌ اطلاعات (بیت‌های خروجی) بتوانیم به اطلاعات ورودی (بیت‌های ورودی) پی ببریم. برای تحقق این امر باید دروازه‌های (گیت) منطقی ساخت که به طور برگشت پذیر کار می‌کنند. در فیزیک و محاسبات کلاسیک تنها گیت NOT برگشت‌پذیر است.

برای آشنایی با یکی از مهم‌ترین گیت‌های برگشت‌پذیر پس انتظار می‌رود که کامپیوترهای کوانتومی با انجام محاسباتی برگشت‌پذیر، عملیات گسترده و سنگینی را بدون صرف انرژی‌های بسیار زیاد انجام دهند. در مقام مقایسه خوب است بدانید که کامپیوتر کوانتومی D-Wave 2000Q ساخت شرکت کانادایی «دی وِیو» (D-Wave) تنها ۲۵کیلووات انرژی مصرف می‌کند. در حالی که سوپرکامپیوتر Summit که از تراشه‌های شرکت «انویدیا» استفاده می‌کند توان مصرفی ۱۳مگاوات را دارد!

در سال ۱۹۸۱ «پائول بِنیوف» (Paul Benioff) از آزمایشگاه ملی (Argonne) سعی کرد ماشینی بسازد که مشابه یک کامپیوتر معمولی اما طبق قوانین فیزیک کوانتومی کار می‌کرد. سال بعد «ریچارد فاینمن» (Richard Feynman) فیزیکدان پرآوازه، با استفاده از اصول مکانیک کوانتومی، چگونگی استفاده از یک ماشین پایه برای انجام محاسبات را نشان داد. چند سال بعد در دانشگاه آکسفورد «دِیوید دویچ» (David Deutsch) یکی از تاثیرگذارترین افراد در توسعه محاسبات کوانتومی، مبانی نظری و تئوری یک کامپیوتر کوانتومی را تشریح کرد.

ویژگی های کامپیوتر های کوانتومی

ویژگی‌های کامیپوتر کوانتومی در مقایسه با کامپیوتر کلاسیک بسیار زیاد است. کامپیوترهای کوانتومی با هدف تحول در امر محاسبات پیچیده طراحی و تولید شدند. در حاضر، می‌توان گفت تا حد زیادی هم موفق به انجام این کار شده‌اند، به طوریکه بسیاری از متخصصان علوم رایانه معتقد هستند، این نسل جدید از رایانه‎ها قرار است دنیا را متحول کند. مهم‌ترین ویژگی‎‌های کامیپوترهای کوانتومی عبارت است از:

• توان بالاتری نسبت به کامپیوترهای کلاسیک دارند.
• از قدرت بسیار زیادی برخودار هستند.
• سرعت پردازش بالا دارند.
• توان حل محاسبات بسیار پیچیده را دارند.
• می‌توانند چندین عملیات را همزمان روی مقادیر انجام دهند. (کامیپوترهای کلاسیک عملیات‌ها را به صورت متوالی و نوبتی پردازش می‌کنند.)
• محاسبات را در مقایسه با کامپیوترهای کلاسیک در زمان کمتری انجام می‌دهند.
• در حل مسائل از انعطاف پذیری بیشتری برخوردار هستند. (زیرا از قوانین فیزیک استاندارد پیروی نمی‌کنند.)

تهدید کامپیوتر کوانتومی برای امنیت رمزنگاری شبکه‌های بلاکچین

الگوریتم رمزنگاری کلید عمومی که از آن همواره با عنوان رمزنگاری غیر متقارن یا PKC هم یاد می‌شود، یکی از پایه‌های اصلی دنیای کریپتوکارنسی و ارزهای دیجیتال است. در سازوکار رمزنگاری متقارن، همواره از یک کلید یک‌طرفه برای تأمین امنیت شبکه و همچنین عملیات رمزنگاری و رمزگشایی استفاده می‌شود؛ این در حالی است که رمزنگاری غیر متقارن، با برخورداری از دو کلید که شامل کلیدهای خصوصی و عمومی هستند، عملیات رمزگذاری و رمزگشایی را انجام می‌دهند. با استفاده از فرایند رمزنگاری غیر متقارن می‌توان کلید عمومی را در اختیار دیگر کاربران قرار دهیم و با قابلیت‌های آن، عملیات رمزگشایی و رمزگذاری اطلاعات را فراهم کنیم.

مهم‌ترین دلیلی که برای امن بودن الگوریتم PKC وجود دارد، طراحی دو کلید عمومی و خصوصی با توابع رمزنگاری به نحوی است که امکان محاسبه کردن کلید خصوصی از روی ساختار کلید عمومی بسیار دشوار خواهد بود. این فرایند به شکلی طراحی شده است که بتوان با استفاده از کلید خصوصی، کلید عمومی را محاسبه کرد.

با این اوصاف، کاربر یا شبکه‌ای که به کلید خصوصی دسترسی دارد و تراکنش به او مربوط می‌شود، می‌تواند به کلید عمومی دسترسی داشته باشد و افرادی که کلید عمومی را دارند، نمی‌توانند وارد اطلاعاتی شوند که تنها با وجود کلید خصوصی در دسترس خواهند بود.

مسئله مهمی که هم‌اکنون وجود دارد، مسئله تهدید کامپیوتر کوانتومی برای توابع رمزنگاری است. یک کامپیوتر کوانتومی قابلیت حل کردن تمامی مسائل سخت و پیچیده را دارد و با ظهور انواع آنها، احتمالاً باید به فکر تغییرات بنیادین در سیستم امنیت بلاکچین بود.

آیا امکان نابودی شبکه بلاکچین با کامپیوتر کوانتومی وجود دارد؟

پاسخ‌های بسیار متعدد و متفاوتی در مورد پرسش‌هایی که در مورد امکان نابودی بلاک‌چین‌ها توسط رایانه‌های کوانتومی وجود دارند، ارائه شده‌اند. برای مثال، به جهت این که بتوانیم از پاسخ‌های مستند و قابل تکیه برای بررسی این موضوع استفاده کنیم، از مقاله‌ای با عنوان “Will Quantum Computing Destroy Bitcoin” از رسانه Devteam.com استفاده می‌کنیم تا با استفاده از مطالب مستند آن، به این موضوع بپردازیم.

در یکی از بخش‌های این مقاله در مورد فعالیت‌های قابل توجه یکی از تیم‌ها در مورد تهدیدات کامپیوتر کوانتومی برای دنیای کریپتوکارنسی و شبکه‌های بلاکچین پرداخته شده است.

در قسمتی از مقاله‌ای که در بخش قبلی اشاره کردیم، از یک تیم با عنوان «تیم مقاومت کوانتومی -The Quantum Resistance Ledger» یاد شده است که قصد دارند، تهدیدات بالقوه رایانه‌های کوانتومی را مورد کاوش قرار دهند. این تیم که با نام اختصاری QRL شناخته می‌شوند، از مجموعه‌ای از الگوریتم‌های رمزگذاری شده استفاده کرده‌اند تا بتوانند، مقاومت آن را در برابر تهدیدهای یک کامپیوتر کوانتومی بررسی کنند.

در این راستی‌آزمایی که به آن «طرح امضای توسعه‌یافته یا XMSS» گفته می‌شود، از یک نوع امضای دیجیتالی یا عنوان OTS استفاده می‌شود که با استفاده از آن می‌توان با استفاده از یک کلید، تراکنش‌های کریپتوکارنسی را امضا کرد.

با وجود یک کلید برای امضا کردن تراکنش‌های ارزهای دیجیتال، دیگر هیچ راهی برای تهدیدهای امنیتی کامپیوتر کوانتومی وجود نخواهد داشت؛ چرا که هر بار و با به وجود آمدن تراکنشی جدید، امضا تغییر می‌کند و کاربر با استفاده از امضای دیجیتالی جدید می‌تواند تراکنش خود را در امن‌ترین حالت ممکن انجام دهد.

تیم QRL که هم‌اکنون روی این پروژه در حال کار کردن است، ادعا می‌کند که این الگوریتم، کاملاً بررسی شده است و آنها قصد دارند که از این راه حل به عنوان کارآمدترین روش برای کنترل و دفع خطر رایانه کوانتومی برای امنیت شبکه بلاکچین استفاده کنند.

آینده کریپتوکارنسی با وجود قدرت محاسباتی رایانه‌های کوانتومی

در ماه مه سال ۲۰۱۷، تیمی از محققان مرکز کوانتومی روسیه، شبکه بلاک‌چینی را توسعه دادند که به ادعای آنها دارای مقاومت کافی در برابر تهدیدات رایانه‌های کوانتومی بود. روشی که آنها برای تأمین امنیت شبکه بلاکچین خود در نظر گرفته بودند، «ترکیب رمزنگاری پساکوانتومی» یا «توزیع کلید کوانتومی (QKD)» نام داشت.

در روش QKD، کلیدهای رمزنگاری شبکه بلاک چین با استفاده از پرتوهای لیزری منتقل می‌کند و برای موفقیت‌آمیز بودن این فرایند، از خواص کوانتومی فوتون‌ها استفاده می‌شود. فوتون‌های دارای ویژگی‌های کوانتومی ویژه‌ای هستند که به صورت ۰ و ۱ کدگذاری شده‌اند.

محققان روسی با استفاده از روش QKD توانسته‌اند، تهدیدات ناشی از یک کامپیوتر کوانتومی را با استفاده از حرکت جالب رفع کنند. زمانی که یک رایانه کوانتومی سعی می‌کند، کلیدهای مربوط به تراکنش را هک یا رهگیری کند، عمل جاسوسی و خرابکارانه آن باعث ایجاد تغییراتی در ویژگی‌های کلید کوانتومی QKD می‌شود و آن کلیدها غیر قابل استفاده خواهند شد. در حال حاضر قرار است که بیشتر روی این پروژه کار شود.

آیا امکان گریز شبکه بلاکچین از تهدید کامپیوتر کوانتومی وجود دارد؟

با توجه به این که شبکه‌های بلاکچین هم می‌توانند، به گونه‌ای آپدیت شوند که از تهدیدات کامپیوتر کوانتومی بگریزند، بهتر است که کمی در این موضوع عمیق‌تر شویم.

در حال حاضر، دو محقق از دانشگاه ویکتوریا ولینگتون در نیوزیلند، روی پیشنهادی در رابطه همین موضوع کار می‌کنند. آنها معتقدند که شبکه بلاکچین می‌تواند، فراتر از رمزنگاری‌های کوانتومی حرکت کند. با توجه به پیشنهادی که ارائه داده‌اند، با استفاده از محاسبات درهم‌تنیدگی کوانتومی (که بخش عمده‌ای از سیستم یک کامپیوتر کوانتومی را تشکیل می‌دهد) می‌توان، نوع جدیدی از بلاک چین را به وجود آورد.

طبق پیشنهاد محققان، دو ذره کوانتومی درهم‌تنیده، در نقطه‌ای از زمان و مکان یا یکدیگر برهم‌کنش خواهند داشت؛ در طی این برهم‌کنش، هر دو ذره کوانتومی، وجود خود را به اشتراک خواهند گذاشت و از آن لحظه به بعد، اندازه‌گیری هر کدام از این ذرات، روی آن یکی تاثیر می‌گذارد. دل راجان (Del Rajan) و مت ویسر (Matt Visser) قصد دارند تا با استفاده از این ویژگی ذرات کوانتومی، شبکه بلاک‌چینی را به وجود بیاورند که در آن، یک ذره کوانتومی، تمامی عملیات رمزنگاری شبکه را بر عهده می‌گیرد.

در نتیجه، زمانی که یک کامپیوتر کوانتومی، سعی دارد که شبکه بلاک‌چین را هک کند، ذرات کوانتومی آن با ذرات کوانتومی شبکه بلاکچین دچار درهم‌تنیدگی می‌شوند و اثر جاسوسی و خرابکارانه آن از بین خواهد رفت.

تهدیدات رایانش کوانتومی

پر واضح است که تا انتشار عمومی و ظهور کامل رایانه‌های کوانتومی، سال‌ها فاصله است و تا نسخه‌های تجاری آنها وارد بازار شوند، طول می‌کشد. از طرفی، شبکه بلاکچین و الگوریتم‌های رمزنگاری شده باید تا حد امکان آپدیت شوند.

بدیهی است که شبکه‌های بلاکچین در حال حاضر کاملاً ایمن و مقاوم هستند و می‌توان روی امنیت تراکنش‌های آنها حساب ویژه‌ای باز کرد؛ اما نباید فراموش کرد که یک کامپیوتر کوانتومی همواره به عنوان یک تهدید برای دنیای کریپتوکارنسی به شمار می‌رود. با این اوصاف، دنیای شبکه‌های بلاکچین نباید تهدیدات کامپیوتر کوانتومی را دست کم بگیرد و باید برای یک جنگ تمام‌عیار آماده شود.

نکته مهمی که در این میان وجود دارد، همسو بودن منافع بسیاری از کسب‌وکارها و همچنین مراکز دولتی با از بین رفتن شبکه‌های بلاکچین است.

اگر در مورد شبکه‌های بلاکچین، اطلاعات کافی داشته باشید، حتماً به خوبی می‌دانید که این شبکه‌ها به دلیل امنیتی که برای تراکنش‌ها به وجود می‌آورند، از بروز هرگونه هک و رهگیری تراکنش‌ها جلوگیری خواهند کرد؛ ازاین‌رو، بسیاری از مراکز امنیتی با وجود چنین شبکه‌هایی مخالف هستند و چه بسا که در زمان ظهور کامپیوتر کوانتومی، به آنها برای خدشه‌دار کردن امنیت بلاکچین کمک کنند؛ بنابراین و با در نظر گرفتن همه این اوصاف و اتفاقات، شبکه‌های بلاکچین باید در مقابل تهدیدات کامپیوترهای کوانتومی مجهز شوند و آنها را به‌هیچ‌عنوان دست کم نگیرند. 

راه‌اندازی اولین کامپیوتر کوانتومی تجاری در سال ۲۰۲۳

Origin Quantum یک کمپانی چینی است که در حوزه توسعه کامپیوتر کوانتومی برای کاربری‌های ابری و تجاری فعالیت می‌کند. این کمپانی اعلام کرده است که اولین کامپیوتر کوانتومی تجاری خود به نام Wuyuan را به مشتری تحویل داده است.

این خبر به اندازه‌ای مهم بود که بسیاری از رسانه‌های مشهور به آن پرداختند و توانست توجه افراد زیادی را به خود جلب کند. زیرا Origin Quantum تنها شرکت چینی است که ادعا کرد یک کامپیوتر کوانتومی تجاری را به مشتری تحویل داده است. اغلب افراد به دنبال پیدا کردن مشخصات صاحب این کامپیوتر کوانتومی بودند اما این کمپانی مشخصات مشتری خود را فاش نکرد و حتی در مورد اینکه این کامپیوتر برای چه هدفی سفارش داده شده است هیچ گزارشی ارائه نداد.

هر چند همان‌طور که می‌دانیم این کامپیوترها کاربردهای زیادی دارند و می‌توانند برای حل محاسبات پیچیده جهان، شکستن کدهای کامپیوتری رایج و اختراع داروها و یا حتی توسعه سلاح‌های خطرناک کشتار جمعی مورد استفاده قرار بگیرند.

آیا کامپیوترهای کوانتومی جایگزین کامپیوترهای عادی می‌شوند؟

کامپیوتر کوانتومی به منظور استفاده در کاربردهای خاصی مانند محاسبات سنگین ژنوم در ژنتیک طراحی شده است و بعید به نظر می‌رسد که به این زودی‌ها جایگزین کامیپوترهای کلاسیک شود.

یکی از محدودیت‌های کامیپوترهای کوانتومی مربوط به شرایط نگهداری کیوبیت‌ها است. کیوبیت‌ها باید در شرایط خاصی (مثل خلأ بالا یا در دمای صفر مطلق) نگهداری شود. مسئله‌ای که وجود دارد این است که نگهداری سیستم در این دما نه تنها دشوار است بلکه بسیار پر هزینه است.

اما نباید فراموش کرد که کاربردهای بسیار زیاد کامپیوترهای کوانتومی، مورد توجه دولت‌ها و بخش‌های خصوصی قرار گرفته است. در همین راستا تلاش‌های زیادی برای از میان برداشتن محدودیت‌های کامپیوتر کوانتومی انجام شده است اما همچنان بر سر راه این تکنولوژی موانعی وجود دارد.

شما درباره آینده کامپیوتر کوانتومی چه فکر می‌کنید؟

مسئله رایانش کوانتومی که هم‌اکنون به یکی از کابوس‌های دنیای کریپتوکارنسی تبدیل شده است، مسئله‌ای مهم و اساسی محسوب می‌شود و نمی‌توان به همین راحتی از آن گذشت. یک کامپیوتر کوانتومی با برخورداری از قابلیت‌های ویژه و قدرتمندی که دارد، پتانسیل حل کردن تمامی مسائل پیچیده و مبهمی که توسط کامپیوترهای کلاسیک ناممکن بود را داراست.

به عبارت ساده‌تر، یک رایانه کوانتومی می‌تواند، مسئله‌ای را که با کامپیوترهای امروزی باید در عرض ۱۰۰۰ سال حل کرد، در عرض سه دقیقه حل کند. با بررسی همه این اوصاف، قدرت رایانش کوانتومی که با پیروی از قوانین فیزیک کوانتومی فعالیت می‌کند، برای دنیای کریپتوکارنسی خطرناک خواهد بود.

در این مقاله که به صورت تخصصی در هلدینگ سیمیا مورد بررسی قرار گرفت، به تمامی زوایای رایانه‌های کوانتومی و تأثیر آنها بر ارزهای دیجیتال پرداختیم.

در ادامه، کامپیوترهای کلاسیک را در مقام مقایسه با رایانش کوانتومی قرار دادیم و سپس، انواع تهدیدهای آن برای شبکه‌های بلاک چین را زیر ذره‌بین بردیم. در نهایت، همه راه‌حل‌های ممکن و علمی برای مقابله با تهدیدات کوانتومی را واکاوی کردیم و به سؤالاتی پیرامون آینده بیت کوین با وجود این رایانه‌ها پاسخ دادیم.

سوالات متداول:

+آیا کامپیوتر کوانتومی خطری برای بیت کوین است؟

در حال حاضر، خطر حمله توسط رایانه های کوانتومی برای شکسته شدن الگوریتم‌های پیچیده رمزنگاری‌شده بیت کوین موجود منتفی است و بعید هم به نظر می‌رسد که در آینده نزدیک امنیت بیت کوین توسط این کامپیوترها به خطر بیافتد.

+کیوبیت (Qubit) چیست؟

در کامپیوتر کوانتومی به جای بیت از کیوبیت (Qubit) استفاده می‌شود که به آن بیت کوانتومی نیز گفته می‌شود.بیت‌های کلاسیک فقط می‌توانند موقعیت ۰ یا ۱ را داشته باشند اما کیوبیت‌ها می‌توانند تمام حالت‌های ممکن را داشته باشند.

+چرا به کامپیوترهای کوانتومی نیاز داریم؟

کامپیوتر کوانتومی به کمک قوانین مکانیک کوانتومی قادر به حل مسائلی هستند که کامپیوترهای کلاسیک قادر به حل آنها نیست. بیشترین کاربرد کامیپوترهای کوانتومی در هواشناسی، مدل سازی شیمی، محاسبات فیزیک و رمزنگاری است.