کامپیوتر کوانتومی برای اولین بار عدد کاملاً تصادفی تولید کرد

یک ماشین کوانتومی برای نخستین‌بار با استفاده از کیوبیت‌های درهم‌تنیده، عددی واقعاً تصادفی را تولید کرده است. این دستاورد، نشان‌دهنده‌ی عملکردی سودمند است که از نظر فیزیکی حتی قدرتمندترین ابرکامپیوترها نیز از پس انجام آن برنمی‌آیند.

به‌گزارش ساینس‌آلرت، پژوهشگران از ایالات متحده و بریتانیا از آزمایش‌های قبلی مربوط به برتری کوانتومی روی کامپیوتر ۵۶ کیوبیتی شرکت کوانتینیوم (Quantinuum) استفاده کردند تا به‌قول اینشتین، انداختن «تاس خدا» را به دست خود طبیعت بسپارند. نتیجه، عددی ‌آن‌قدر تصادفی بود که هیچ‌کدام از قوانین فیزیکی شناخته‌شده نمی‌توانست آن را پیش‌بینی کند.

با افزایش تهدید‌های امنیت سایبری، فناوری کوانتومی به بخشی حیاتی برای برقراری ارتباط امن تبدیل شده است. رجیب هزرا، دانشمند علوم کامپیوتر و مدیرعامل کوانتینیوم می‌گوید: «این یافته نقطه عطفی حیاتی است که محاسبات کوانتومی را به شکلی واقعی و کاربردی وارد دنیای واقعی می‌کند.»

چند سال پیش، اسکات آرونسون و شی-هان هونگ از دانشگاه تگزاس در آستین روشی را برای تولید بیت‌های تصادفی تأییدشده براساس نمونه‌برداری مدارهای تصادفی پیشنهاد دادند؛ روش آن‌ها به منظور آزمایش توانایی یک دستگاه در بهره‌گیری حداکثری از توان کوانتومی کیوبیت‌هایش با کمترین دخالت کلاسیکی ارائه شد. به گفته‌ی آرونسون:

وقتی در سال ۲۰۱۸ پروتکل تصادفی‌سازی تأییدشده‌ام را پیشنهاد دادم، نمی‌دانستم چقدر باید منتظر بمانم تا شاهد اجرای آزمایشی آن باشم. ساختن مبتنی بر پروتکل اصلی و عملی کردن آن در واقع اولین قدم برای استفاده از کامپیوترهای کوانتومی در تولید بیت‌های تصادفی تأییدشده برای کاربردهای رمزنگاری واقعی است.

وقتی تاس می‌اندازیم، کارتی انتخاب می‌کنیم یا عددی بین یک تا یک میلیارد در ذهنمان می‌آید، اقدام‌های ما در واقع ترکیبی از بی‌شمار قانون هستند؛ قوانینی که به اندازه نوسان پاندول می‌توانند مطمئن و پیش‌بینی‌پذیر باشند. حتی پدیده‌های به‌ظاهر آشوبناک مثل چرخش موم در دیواره‌ی لامپ‌های گدازه ازنظر تئوری از قوانین ترمودینامیک پیروی می‌کنند.

هرچند قوانین فوق ممکن است پیچیده به نظر برسند، از آنجایی که فیزیک برای هرکدام از آن‌ها فقط یک نتیجه‌ی از پیش‌تعیین‌شده درنظر گرفته، همچنان جا برای الگوهایی باقی می‌ماند که یک کامپیوتر به اندازه‌ی کافی هوشمند می‌تواند از آن‌ها سوء استفاده کند و این دقیقا چیزی نیست که افراد بخواهند؛ چه وقتی پای رمزنگاری‌های نفوذناپذیر در میان باشد و چه وقتی بخواهید شخصیت نیمه‌الف شما در بازی «سیاه‌چال‌ها و اژدهایان» یک امتیاز کاریزمای واقعاً تصادفی بگیرد.

اما فیزیک کوانتومی تابع مجموعه‌ای متفاوت از قوانین است که در ذات خود دارای یک تولیدکننده عدد تصادفی داخلی برای تعیین ویژگی‌های ذرات هستند. تا جایی که ما می‌دانیم، هیچ نخ پنهانی در کار نیست که یک ابرکامپیوتر بتواند بر اساس آن پیش‌بینی هوشمندانه انجام دهد.

گروه پژوهشگرها با پیونددادن سرنوشت ۵۶ «تاس کوانتومی» و استفاده از پروتکل آرونسون و هونگ برای به حداقل‌رساندن دخالت فیزیک کلاسیک، دستگاه کوانتینیوم را وادار به حل مجموعه‌ای از مسائل کردند که به فرآیند انتخاب تصادفی آن وابسته بودند.

پژوهشگرها برای اطمینان از اینکه نتیجه نهایی به‌قدر کافی تصادفی است، نتایج را در چندین ابرکامپیوتر با استفاده از یک پروتکل معیار استاندارد که نتایج سرور کامپیوتر کوانتومی را با ایده‌آل‌های تئوری مقایسه می‌کند، تایید کردند.

کامپیوترها با توان پردازشی ترکیبی بیش از یک میلیون تریلیون عملیات در ثانیه (۱٫۱ اگزافلاپس)، امتیازی به فرآیند دادند که به راحتی معیار لازم برای تصادفی‌بودن واقعی را برآورده می‌کند. این نتیجه بدون شک نشان داد که راه‌حل ارائه‌شده حتی با استفاده از مجموعه‌ای از ابرکامپیوترهای پیشرفته، فاقد هرگونه‌ امکان نفوذ است.

استفاده از عدم‌قطعیت کوانتومی برای تولید بیت‌های تصادفی موضوع جدیدی نیست. اما اینکه تیم پژوهشی ازطریق اینترنت به کامپیوتر کوانتومی ارتقایافته‌ی کوانتینیوم به نام System Model H2 دسترسی پیدا کرد و پژوهش اخیر را انجام داد، نشان می‌دهد که بازی نهایی «یک عدد انتخاب کن» به‌زودی می‌تواند توسط هر کسی در سراسر جهان انجام شود.

پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.