اخبار کوانتومی – دستیابی به تصادفی سازی کوانتومی تایید شده: برتری کوانتوی عملی و قابل تایید
عنوان خبر: دستیابی به تصادفی سازی کوانتومی تایید شده: برتری کوانتومی عملی و قابل تایید
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومیري، یون به دام افتاده
تاریخ انتشار خبر: 26 مارس 2025
لینک خبر: The Quantum Insider
چکیده:
یک تیم تحقیقاتی از JPMorganChase، Quantinuum، چندین آزمایشگاه ملی و دانشگاه تگزاس در آستین موفق به اجرای یک پروتکل تصادفی‌سازی تأییدشده با استفاده از کامپیوتر کوانتومی ۵۶ کیوبیتی یون به دام افتاده Quantinuum به نام H2 شدند. این پیشرفت، گامی مهم در کاربردهای واقعی محاسبات کوانتومی محسوب می‌شود و برتری آن را در تولید تصادفی‌سازی فراتر از توانایی‌های کلاسیک تأیید میکند. این پروتکل شامل ارسال مدارهای چالشی کوانتومی به یک سرور کوانتومی غیرقابل‌اعتماد و سپس تأیید نتایج با استفاده از ۱.۱ اگزا فلاپس توان محاسباتی کلاسیک بود. این آزمایش موفق به تأیید ۷۱,۳۱۳ بیت آنتروپی شد که نشان‌دهنده برتری کوانتومی در تولید تصادفی‌سازی واقعی است. این پیشرفت تأثیرات مهمی در حوزه‌های رمزنگاری، امنیت و نمونه‌گیری آماری دارد و راه را برای پذیرش گسترده‌تر محاسبات کوانتومی در مالی، امنیت سایبری و شبیه‌سازی‌های پیشرفته هموار میکند
شرح کامل خبر:
یک تیم تحقیقاتی مشترک متشکل از JPMorganChase، Quantinuum، چندین آزمایشگاه ملی ایالات متحده و دانشگاه تگزاس در آستین موفق به دستیابی به یک پیشرفت مهم در محاسبات کوانتومی شدند. این تیم با موفقیت یک پروتکل تصادفی‌سازی تأییدشده را اجرا کرد. این تحقیق که در Nature در تاریخ ۲۶ مارس منتشر شد، یک کاربرد عملی محاسبات کوانتومی را فراتر از توانایی‌های کلاسیک نشان می‌دهد. با استفاده از کامپیوتر کوانتومی ۵۶ کیوبیتی H2 شرکت Quantinuum مبتنی بر یون به دام افتاده، محققان یک وظیفه‌ی گسترش تصادفی‌سازی را انجام دادند که ابرکامپیوترهای کلاسیک قادر به بازتولید آن نیستند، و این نشان‌دهنده‌ی یک پیشرفت اساسی در تأیید آنتروپی کوانتومی تولیدشده است.
تصادفی‌سازی نقش اساسی در کاربردهای صنعتی و علمی مختلف مانند رمزنگاری، نمونه‌گیری آماری و حفظ حریم خصوصی دارد. در حالی که روش‌های کلاسیک می‌توانند اعداد شبه‌تصادفی تولید کنند، اما فاقد غیرقابل پیش‌بینی بودن اثبات‌پذیر هستند و در برابر حملات رمزنگاری آسیب‌پذیرند. از سوی دیگر، مکانیک کوانتومی این امکان را فراهم میکند که اعداد واقعاً تصادفی تولید شوند، زیرا عدم قطعیت بنیادی در سیستم‌های کوانتومی وجود دارد. با این حال، تأیید این که یک سیستم کوانتومی واقعاً تصادفی است و خروجی‌های آن قابل‌دستکاری یا متأثر از خطا نیستند، چالش بزرگی محسوب می‌شود.
محققان یک پروتکل جدید محاسبات کوانتومی بر پایه‌ی نمونه‌برداری از مدار تصادفی (RCS) اجرا کردند که در ابتدا برای نشان دادن برتری کوانتومی طراحی شده بود. این پروتکل شامل دو مرحله‌ی کلیدی است:
- چالش مدار تصادفی: یک مشتری (مرجع قابل اعتماد) با استفاده از یک دانه تصادفی کوچک، مدارهای چالشی کوانتومی (quantum challenge circuits) تولید کرده و آن‌ها را به یک کامپیوتر کوانتومی راه دور و غیرقابل اعتماد ارسال میکند.
- تأیید نتایج و تصدیق آنتروپی: کامپیوتر کوانتومی مدارهای چالشی را اجرا کرده و نتایج را ارسال میکند. سپس، یک فرآیند تأیید کلاسیک بررسی میکند که آیا تصادفی‌سازی تولیدشده فراتر از دسترس محاسبات کلاسیک است یا خیر.
این روش تضمین میکند که تصادفی‌سازی تولیدشده نمی‌تواند به‌طور کارآمد توسط کامپیوترهای کلاسیک شبیه‌سازی شود و بنابراین دارای تضمین‌های امنیتی رمزنگاری است.
این آزمایش با استفاده از کامپیوتر کوانتومی ۵۶ کیوبیتی H2 Quantinuum انجام شد که دارای گیت‌های کوانتومی با فیدلیتی بالا و اتصال همه‌به‌همه‌ی کیوبیت‌ها است. تیم تحقیقاتی این سیستم را از طریق اینترنت به‌صورت از راه دور مورد استفاده قرار داد و امکان تولید تصادفی‌سازی کوانتومی ابری را اثبات کرد. سرعت پاسخ‌دهی سریع این سیستم تضمین کرد که مدارهای چالشی نمیتوانند در همان بازه‌ی زمانی به‌صورت کلاسیک شبیه‌سازی شوند.
برای اعتبارسنجی تصادفی‌سازی، تیم تحقیقاتی از تکنیک‌های تأیید کلاسیک با استفاده از ابرکامپیوترهایی با توان ترکیبی ۱.۱ اگزا فلاپس (۱.۱ × ۱۰¹⁸ عملیات ممیز شناور در ثانیه) بهره برد. فرآیند تأیید ۷۱,۳۱۳ بیت آنتروپی را تأیید کرد—مقداری که هیچ روش محاسباتی کلاسیکی قادر به تقلید آن نیست. این نتیجه یک نمایش کلیدی از برتری واقعی کوانتومی در دنیای عملی فراتر از مدل‌های نظری است.
این پژوهش پیشرفتی مهم در کاربردهای عملی محاسبات کوانتومی محسوب می‌شود. برخلاف آزمایش‌های قبلی که صرفاً بر اثبات برتری کوانتومی متمرکز بودند، این تحقیق یک کاربرد ملموس و قابل استفاده در امنیت رمزنگاری و یکپارچگی محاسباتی ارائه می‌دهد. تصادفی‌سازی تأییدشده‌ی کوانتومی می‌تواند در حوزه‌های مختلفی نقش حیاتی ایفا کند، از جمله:
- رمزنگاری کوانتومی امن، که کلیدهای رمزنگاری واقعاً غیرقابل پیش‌بینی را تولید میکند.
- عدالت در قرعه‌کشی‌های دیجیتال و بازی‌های آنلاین، جایی که عدم پیش‌بینی‌پذیری ضروری است.
- بهبود شبیه‌سازی‌های عددی، که تصادفی‌سازی با کیفیت بالا دقت مدل‌های آماری را افزایش می‌دهد.
دکتر مارکو پیستاویا از JPMorganChase تأکید کرد که این آزمایش قابلیت اجرایی تصادفی‌سازی تأییدشده را اثبات کرده و به صنایع این امکان را می‌دهد که آنتروپی تولیدشده‌ی کوانتومی را در کاربردهای عملی به‌کار گیرند. علاوه بر این، پروفسور اسکات آرونسون، که کار او پایه‌ی این پروتکل را تشکیل داده است، بر اهمیت گذار از پیشنهادهای نظری به پیاده‌سازی عملی کوانتومی تأکید کرد.
با وجود موفقیت این آزمایش، چندین چالش همچنان باقی می‌مانند:
- مقیاس‌پذیری: در حالی که سیستم ۵۶ کیوبیتی عملکرد موفقیت‌آمیزی داشت، اجرای گسترده‌تر آن ممکن است به کامپیوترهای کوانتومی بزرگ‌تر و مقاوم‌تر در برابر خطا نیاز داشته باشد.
- امنیت در برابر حملات پیشرفته: این مطالعه امنیت را در برابر یک دسته‌ی محدود از مهاجمان کوتاه‌مدت تحلیل کرد؛ تحقیقات بیشتر برای مقابله با تهدیدات بلندمدت مورد نیاز است.
- یکپارچه‌سازی با سیستم‌های موجود: پذیرش گسترده‌ی تصادفی‌سازی تأییدشده‌ی کوانتومی مستلزم ادغام بدون نقص با چارچوب‌های رمزنگاری کلاسیک و پروتکل‌های امنیتی موجود است.
نمایش تصادفی‌سازی تأییدشده‌ی کوانتومی با استفاده از کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر تله‌یونی یک دستاورد پیشگامانه در محاسبات کوانتومی محسوب می‌شود. با ارائه‌ی برتری کوانتومی عملی و قابل تأیید، این تحقیق مسیر را برای امنیت رمزنگاری کوانتومی و سایر کاربردهایی که به تصادفی‌سازی با یکپارچگی بالا نیاز دارند، هموار میکند. با ادامه‌ی پیشرفت فناوری کوانتومی، تولید تصادفی‌سازی تأییدشده می‌تواند به یک ابزار اساسی در امنیت سایبری، امور مالی و محاسبات علمی تبدیل شود و شکاف بین نظریه‌ی کوانتومی و کاربردهای واقعی را پر کند.
منابع:
[1] https://thequantuminsider.com/2025/03/26/joint-research-team-achieves-certified-quantum-randomness-makes-once-theoretical-experiments-into-real-world-quantum-computing-uses/
[2] https://www.nature.com/articles/s41586-025-08737-1
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
