آشنایی با کامپیوترهای کوانتومی (قسمت دوم)
آشنایی با کامپیوترهای کوانتومی
  • 1395/5/16 8/6/2016 6:42:24 PM 8/6/2016 6:42:24 PM
  • 0
  • 533

کاربردهای کامپیوترهای کوانتومی

تجزیه یک عدد صحیح بسیار بزرگ که از ضرب دو یا چند عدد اول بزرگ بدست آمده است به عامل های اول آن از نظر محاسباتی غیر ممکن است (مثلا تجزیه عددی که از ضرب دو عدد اول 300 رقمی حاصل شده است به عامل های اولش). کارآمد ترین الگوریتم موجود پیچیدگی زمانی زیر نمایی (sub-exponential) دارد. یک کامپیوتر کوانتومی با استفاده از الگوریتم شُور (Shor's Algorithm) می تواند این مسئله را به صورت کارآمد حل کند.[الگوریتم shor یک الگوریتم کوانتومی با پیچیدگی زمانی چندجمله ای است، مترجم]
این قابلیت به کامپیوترهای کوانتومی اجازه می دهد تا بسیاری از سیستم های رمزنگاری که امروزه وجود دارند را بشکنند.
بسیاری از الگوریتم های کلید عمومی (Public Key) بر این اساس طراحی شده اند که تجزیه یک عدد صحیح بزرگ به عامل های اول آن (از نظر عملی) غیر ممکن است. الگوریتم رمزنگاری RSA یکی از این گونه الگوریتم ها است. این گونه الگوریتم ها در امن سازی وب و سرویس های ایمیل و همچنین تبادل اطلاعات بین سازمان های دولتی و نظامی کاربرد دارد.

به هر حال به نظر می رسد که همه الگوریتم های رمزنگاری شکسته نخواهد شد. بعضی از الگوریتم های کلید عمومی بر مبنای مسائل دیگری طراحی شده اند (مسائلی غیر از سخت بودن تجزیه اعداد صحیح بزرگ به عامل های اولشان). درنتیجه الگوریتم Shor برای اینگونه مسائل کمکی نخواهد کرد. مانند سیستم رمزنگاری McEliece که بر مبنای مسائل نظریه کد گذاری (Coding Theory) کار می کند.
سیستم های رمزنگاری بر مبنای لاتیس (Lattice based cryptosystems) نیز به نظر می رسد که شکسته نشوند زیرا هنوز یک الگوریتم با پیچیدگی زمانی چندجمله ای برای حل مسئله زیرگروه پنهان دوسطحی (Dihedral hidden subgroup) که می تواند باعث شکسته شدن بسیاری از سیستم های رمزنگاری بر مبنای لاتیس شود پیدا نشده است.

علاوه بر بحث تجزیه اعداد، با استفاده از کامپیوترهای کوانتومی می توان برای برخی از مسائل که در کامپیوترهای کلاسیک برای آنها الگوریتم با پیچیدگی زمانی چند جمله ای یافت نشده است، یک الگوریتم کوانتومی با پیچیدگی زمانی چند جمله ای ارائه کرد.
مشهورترین مثال در این مورد "جستجوی کوانتومی در پایگاه داده" است که از طریق الگوریتم Grover انجام می شود. [الگوریتم Grover یک الگوریتم کوانتومی است برای یافتن یک عنصر در یک پایگاه داده غیر مرتب. این الگوریتم دارای پیچیدگی زمانی O(N1/2 ) است. مترجم].
مدتی بعد ثابت شد که برای چندین مسئله دیگر در زمینه جستجو در پایگاه داده، الگوریتم های کوانتومی بهتر از الگوریتم های کلاسیک عمل می کنند.

به عنوان مثالی دیگر از کاربردهای کامپیوتر های کوانتومی، فرض کنید مسئله ای داریم که داری  ویژگی های زیر است:

  1. تنها راه برای حل مسئله این است که جواب را حدس بزنیم و سپس بررسی کنیم که آیا حدس ما درست بوده یا نه. (و این کار را با سرعت و به طور مکرر انجام دهیم)
  2.  n حالت مختلف برای بررسی کردن وجود داشته باشد (و جواب یکی از این n حالت باشد).
  3. بررسی هر حالت به یک زمان ثابت k نیاز داشته باشد.
  4. در مورد احتمال اینکه کدام حالت ممکن است جواب باشد نتوانیم حدسی بزنیم.

یک مثال برای اینگونه مسائل یک برنامه کرک کننده کلمه عبور (Password cracker) برای فایل های رمز شده است. برنامه کرک کننده باید تمامی کلمه های عبور را یک به یک بررسی کند تا کلمه عبور صحیح را بیابد. یک کامپیوتر کوانتومی می تواند با الگوریتمی کوانتومی با پیچیدگی زمانی O(n1/2 ) کلمه عبور فایل رمز شده را بیابد، که این یک افزایش سرعت بسیار زیاد نسبت به کامپیوترهای کلاسیک است و می تواند زمان جستجو برای کلمه عبور را از سال ها به ثانیه ها کاهش دهد. با استفاده از این الگوریتم ها می توان به الگوریتم های رمزنگاری با کلید متقارن (symmetric-key) مانند AES و Triple DES حمله ور شد.

از آنجایی که در شیمی و نانوتکنولوژی نیاز به شناخت سیستم های کوانتومی داریم و شبیه سازی اینگونه سیستم ها با کامپیوترهای کلاسیک به صورت کارآمد مقدور نیست، بسیاری بر این باورند که شبیه سازی کوانتومی (Quantum Simulation) از جمله مهمترین کاربردهای محاسبات کوانتومی خواهد بود.

در عمل پاره ای از مشکلات برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی بر سر راه محققین وجود دارد.
آقای David DiVincenzo از شرکت IBM این موارد را برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی ضروری می داند:

  • ایجاد شرایط فیزیکی لازم برای افزایش تعداد کوبیت ها
  • توانایی مقداردهی اولیه به کوبیت ها
  • خواندن راحت مقدار کوبیت ها
  • یک مجموعه از گیت های کوانتومی جهانی


ادامه دارد...

منبع: سایت ویکی پدیا
مترجم: مهرداد تاجدینی 

مهرداد تاجدینی

مهرداد تاجدینی هستم. فوق لیسانس رشته علوم کامپیوتر و در شرکت رهیاب رایانه گستر به عنوان برنامه نویس مشغول به کار می باشم.

نظرات 0
برای ارسال دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود به حساب کاربری ایجاد حساب کاربری
مهرداد تاجدینی
آشنایی با کامپیوترهای کوانتومی (قسمت دوم)
زیگماوب