النمو التكنولوجي ثابت في العالم الآن، وكل يوم تولد ابتكارات، وأفكار، وتقنيات جديدة، وتنفيذات للتقنيات الموجودة بالفعل في العالم. في الوقت الحالي، يحتل الحوسبة الكمية المرتبة الأولى في قائمة الاختراعات البارزة. الجيل الجديد من أنظمة الحاسوب أفضل من الأنظمة الثنائية التي كنا نستخدمها لفترة طويلة.

ما هي أجهزة الكمبيوتر الكمي؟

الكمبيوتر الكمي هي أنظمة تستفيد من الظاهرة الكمية الفيزيائية لتخزين ومعالجة البيانات. بدلاً من استخدام البتات التقليدية، يستفيد الكمبيوتر الكمي من الكيوبتات، أو البتات الكمية، التي تستطيع التواجد في حالات 1 و 0 بشكل متزامن.

يحتوي بتان على أربعة تركيبات ممكنة فقط ويمكن أن يحتفظ بتركيبة واحدة في كل مرة، بينما تتمكن زوج واحد من الكيوبتس من تخزين جميع التركيبات الأربعة معاً. وهذا يعني أن لديهم القدرة على معالجة مجموعة أكبر من البيانات.

ما هو الكمبيوتر الكمي؟

الحوسبة الكمية هي مجال جديد في علوم الحاسوب يستخدم أفكار نظرية الكم لحل مشاكل الرياضيات وتشغيل النماذج الكمية. تطبق الحوسبة الكمية الجزيئات النصفية مثل الإلكترونات أو الفوتونات وتقوم بزوجها مع البتات الكمية، أو الكيوبيتس، مما يسمح لهذه الجزيئات بأن تكون في أكثر من حالة في نفس الوقت.

ما يعنيه هو أن الكيوبتات المتصلة يمكنها الاستفادة من التداخل بين حالاتها الكمية الموجية لإجراء الحسابات التي ستأخذ أجهزة الكمبيوتر الثنائية اليومية وقتًا طويلاً للتعامل معها.تم تقديم مجال الكمبيوتر الكمي في الثمانيناتعندما تم اكتشاف أن مشاكل الحساب الخاصة يمكن التعامل معها بواسطة خوارزميات الكم بدلاً من الحواسيب الثنائية الحالية.

يمكن للحوسبة الكمية أن تحسب العديد من الاحتمالات المختلفة وتجد إجابات محتملة للكثير من المشاكل الصعبة. يقوم النظام اليومي بتخزين المعلومات في شكل بتات، بينما تستخدم الحواسيب الكمية الكيوبتات لتخزين المعلومات في مرحلة الكم التي تطبق الأصفار والواحدات بطريقة متعددة الأبعاد.

كيف تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمي؟

الكمبيوتر الكمي يختلف كثيرًا عن الكمبيوتر التقليدي. إذ يعالج معلومات بطريقة لا تتبع نظام البت الثنائي التقليدي الذي نعتاد عليه. بدلاً من ذلك، يعالج الكمبيوتر الكمي المعلومات من خلال ما يعرف بالبت الكمي أو الكيوبت.

تمتلك الكيوبيتس تقنية تُسمى التفرد، وهي القدرة على أن يكون نظام الكم في حالات متعددة في نفس الوقت حتى يتم قياسه. يستخدم الكمبيوترات الكمية عدة خوارزميات للقياس والمراقبة. تتوفر هذه الخوارزميات من قبل المستخدمين، ومن ثم يقوم الكمبيوتر بإنشاء مساحة متعددة الأبعاد حيث تُخزن الأنماط ونقاط البيانات الشخصية.

المصدر:نحو علم البيانات

أحد العوامل الرئيسية في كيفية عمل الكمبيوترات الكمية هو البنية الفيزيائية للكمبيوتر. يتكون الكمبيوتر الكمي القياسي من ثلاثة أجزاء رئيسية. الجزء الأول هو الكمبيوتر التقليدي والبنية التحتية التي تتولى البرمجة وترسل التعليمات إلى البتات الكمية.

الجزء الثاني هو طريقة مختارة لنقل الإشارات من الكمبيوتر إلى الكيوبتس. الجزء الثالث والأخير هو وحدة التخزين المستخدمة لحماية الكيوبتس. يجب أن تكون وحدة التخزين مجهزة بالأدوات اللازمة لتثبيت الكيوبتس. يجب أن تلبي وحدة التخزين احتياجات ومتطلبات معينة، مثل تحقيق درجات قرب الصفر لاحتواء غرفة فراغ.

هذا الجزء ضروري بسبب طبيعة الصيانة العالية للبتات الكمية. يمكن أن يؤدي أي مشكلة طفيفة إلى فقدان حالة كمية أو البتات القابلة للخطأ إلى الانحلال. لذا من الضروري منع حتى أدنى اهتزازات وتغيرات في درجة الحرارة لتجنب فقدان البتات.

ماذا يُستخدم الحوسبة الكمية لصنعه؟

يتم استخدام النظام التقليدي لحل العديد من المشاكل وإجراء عمليات حسابية مختلفة. لا يختلف الكمبيوتر الكمي عنه في هذا الجانب نظرًا لقدرته على التعامل مع التحديات. للحوسبة الكمية عدة حالات استخدام، مثل الذكاء الاصطناعي، وتقديم الخدمات المالية، والتصنيع المعقد.

الذكاء الاصطناعي

يمكن أن يحل تقنية الحوسبة الكمّية بشكل محتمل مشكلة تحليل ومعالجة البيانات بسرعة أكبر من النظام التقليدي، مما يجعلها خيارًا أفضل عندما يتعلق الأمر بتطبيق التكنولوجيا الاصطناعية. يستطيع الكمبيوترات الكمية اكتشاف أنماط يصعب أو يستحيل على الأنظمة التقليدية تحديدها. يمكنها جمع الأفكار القائمة، ودمجها، وإعادة ترتيبها بطرق لا يمكن للبشر والنظام التقليدي فعلها.

تقديم الخدمات المالية

يعد القطاع المالي واحدًا من المجالات التي تتطلب قوة معالجة الكمبيوتر الكمي. سيتم التعامل مع مجموعات البيانات الكبيرة التي يجب على مؤسسات الخدمات المالية فرزها من قبل الكمبيوتر الكمي. يمكن أن تعود هذه الأشياء بالفائدة على عدة مجالات في القطاع المالي، مثل الأسواق المالية، والتمويل الشركاتي، وإدارة المحافظ، والعديد من المجالات الأخرى. وأخيرًا، نظرًا لأن الكمبيوترات الكمية تزدهر في المجالات ذات تدفقات بيانات حية، فإن قدرات معالجتها ستجعل من الأسهل تفريق الكم الهائل من البيانات التي تم جمعها من أسعار الأسهم في الوقت الحقيقي.

تصنيع معقد

يمكن للحواسيب الكمية جمع مجموعات بيانات كبيرة من عمليات التصنيع الفاشلة وترجمتها إلى تحديات مختلفة، وعند توازنها مع خوارزمية الكمية يمكنها تحديد أي جزء من عملية تصنيع معقدة أدى إلى فشل المنتج.

أنواع الهجمات

على الرغم من أن الحوسبة الكمية لا تزال في مراحلها الأولى من التطوير، إلا أن الخبراء يتنبأون بالفعل بالإمكانيات المستقبلية لهذه التقنية وكذلك الإمكانية للاستغلال.

في المستقبل القريب، يمكن أن تصبح هجمتان كبيرتان ممكنتان بواسطة تقنيات جديدة قد تشكل تهديداً للأمان الرقمي.

هجوم التخزين

هذا النوع من الهجمات ينطوي على شخص شرير يستهدف العناوين الضعيفة (المحافظ التي يتم تخزين مفتاحها العام على سلسلة الكتل) لسرقة الأموال. هذا يعني أن الرموز مثل بيتكوين وإيثيريوم ستكون أكثر عرضة لهجمات الكمبيوتر الكمي عند تجهيزها بالموارد الكافية.

هذا يعني أن مئات المليارات من الدولارات قيمة العملات الرقمية قد تكون عرضة لهجمات التخزين. حاليا، الكمبيوترات الكمية لا تحتوي على العشرة ملايين كيوبت اللازمة لتنفيذ مثل هجوم، ولكن العلماء يتوقعون تحقيق مثل هذه القدرة الحسابية في حوالي 10 إلى 15 سنة.

هجوم العبور

هجوم العبور سيتطلب من مهاجم خبيث محاولة اختطاف عملية تشفير متوسطة وتوجيه الأموال إلى عنوانهم الخاص. وهذا سيتطلب الكثير من الطاقة الحاسوبية، ولكن على نطاق أكبر بكثير وبصعوبة أكبر، حيث يجب إكمال الاختطاف قبل معالجة العملية من قبل المنقبين.

لتحقيق مثل هذه المهمة، يتنبأ العلماء بأن الكمبيوتر الكمي سيحتاج إلى مليارات من الكيوبتس.

هل الحوسبة الكمية تشكل تهديدًا للعملات الرقمية؟

إن الإمداد الحالي للكمبيوترات الكمية هو مؤشر رئيسي على أن النظام الجديد لا يشكل الكثير من التهديد لقطاع العملات الرقمية في الوقت الحالي. على الرغم من أن قدرات الحوسبة الكمية كثيرة، إلا أنه سيحتاج إلى أن يكون خاليًا من الأخطاء والمخاوف، بالإضافة إلى زيادة سرعة الحسابات، قبل أن يتمكن من تحقيق إنجاز مثل هذا.

بالإضافة إلى سرعة الحسابات، سيحتاج أيضًا إلى مستوى غير واقعي من الطاقة الحسابية لتمكينه من شن هجوم على مرافق التخزين.سيحتاج إلى حوالي 10 مليون كيوبتقبل أن يكون قادرًا على شن مثل هجوم.

سيكون هجوم العبور أكبر بكثير نظرًا لارتفاع مستوى الطاقة الحسابية المطلوبة. سيضطر المهاجم إلى نشر كمية هائلة من طاقة الحوسبة الكمية للسيطرة على الشبكة قبل نفاد وقت إنشاء الكتلة. هذه مهمة أصعب بكثير، نظرًا لأنه سيتعين عليه مهاجمة جميع عقد الشبكة. النافذة لهذه العملية ضيقة نسبيًا. على سبيل المثال، هجوم على بيتكوينسيتطلب من الهاجم إكمال العملية في دقائق قليلة، بينما ذلك علىايثيريومسيتعين إكماله في عشرات من الثواني.

مع الكم الهائل من قوة الحوسبة الكمية المطلوبة، فإن صناعة العملات الرقمية ليست تحت تهديد حاليًا؛ بل لديهم وقت كافٍ لوضع خوارزمية مُنيعة ضد الهجمات الكمية.

الحماية ضد الحوسبة الكمومية

حاليا، يعرف فقط الخطر المحتمل الذي يشكله الحوسبة الكمية. يبحث عشاق العملات الرقمية ومطورو البلوكتشين الآن عن طرق لحماية عالم العملات الرقمية من التهديد الذي تشكله الحواسيب الكمية. أشهر اقتراح هو التشفير على أساس الشبكة.

يعتمد التشفير القائم على الشبكة الشبكية على بناء تشفير ينطوي على شبكات، سواء في دليل الأمان أو في البناء نفسه. إنه أحد الأنظمة الأقل شيوعًا في مجال العملات الرقمية التي يمكن أن تتحمل هجمات كل من الحواسيب التقليدية والكمبيوتر الكمي. يعود ذلك إلى أنه يعتمد على مشكلة قد لا يكون الحواسيب الكمية قادرة على حلها بسهولة.

تسمى هذه الأسئلة مشكلة أقصر القطاع (SVP). يشمل هذا النوع من الأسئلة عمومًا البحث عن أقصر ناقل في شبكة فرعية عالية الأبعاد. يعتقد الخبراء هناك أن مشكلة أقصر القطاع صعبة بالنسبة للكمبيوترات الكمية بسبب طريقة عمل الكمبيوترات الكمية.

في الكمبيوتر الكمي، يمكن استخدام مبدأ التراكب فقط عند تحقيق تمام توافق حالات القيوب؛ عندما لا تكون الحالات متماثلة، يجب اللجوء إلى طرق أكثر تقليدية للحساب، وهذا هو السبب في أنه من غير المرجح جدًا أن ينجح في حل مشكلة SVP.

هناك مشاريع مثل IOTA التي تستخدم بالفعل تقنية الرسم البياني الدوري الموجه (DAG)، والتي، وفقًا للخبراء، تُعتبر مقاومة للكمبيوتر الكمي. الرسم البياني الدوري الموجه، على عكس البلوكشينات المبنية من كتل، تتكون من عقد واتصالات. تسجل التقنية المعاملات التشفيرية على شكل عقد، وتكوّن سجل هذه التبادلات مكدسًا فوق بعضه البعض.

نقاط ضعف الكمبيوترات الكمية

معظم أنظمة الحوسبة ليست 100% خالية من الأخطاء، والكمبيوترات الكمية ليست استثناءً من هذه القاعدة. أحد العيوب الرئيسية للحوسبة الكمية هو أن معظم الكمبيوترات الكمية اليوم هي بشكل كبير نماذج تجريبية وما زالت ضخمة ومكلفة وغير مستخدمة بسهولة.

إنها مصابة أيضًا بمشاكل البزل التي لا يزال المطورون يواجهون صعوبة في حلها. مشكلة رئيسية أخرى هي مسألة التشابك. فتشابك عدة مقياسات كيوبت بشكل متزامن صعب تماما كما يضمن الحالة المناسبة للعمليات الكمية.

وأخيرًا، نتائج العمليات الكمية لا تزال تحتوي على معدل أخطاء عالٍ جدًا. إذا تم حل جميع هذه المشاكل، سيكون هناك مشكلة أمنية تتسبب فيها أجهزة الكمبيوتر الكمي لآليات التشفير. سيجعل القدرة الحسابية الهائلة جميع آليات التشفير المستخدمة حاليًا بلا جدوى.

يمكن تكسير أي معاملة أو أي نوع من الاتصال الآمن الذي يتم على الإنترنت، مما يؤدي إلى سرقة البيانات التي يمكن إساءة استخدامها أو بيعها. وهذا سيشكل مشكلة بالنسبة للعملات الرقمية، حيث سيؤدي إلى القضاء على الأمان والتواطؤ الذي تأتي مع هذه المنصة.