به گزارش صدای شهر گروهی از پژوهشگران دانشگاه کیوتو ژاپن موفق شدند برای نخستین‌بار شرایط لازم و کافی برای دستیابی به برتری کوانتومی را مشخص کنند؛ مفهومی که از آن به‌عنوان مرز میان توان محاسبات کلاسیک و توانمندی‌های شگفت‌انگیز رایانش کوانتومی یاد می‌شود. این تیم پژوهشی با ترکیب روش‌هایی از علوم رایانش کوانتومی و رمزنگاری چارچوب نظری جدیدی ارائه کرده‌اند که رابطه‌ای بنیادین میان امنیت رمزنگاری و قدرت محاسبات کوانتومی برقرار می‌کند.
به گزارش sciencedily برتری کوانتومی یا Quantum Advantage به حالتی گفته می‌شود که در آن یک رایانه کوانتومی می‌تواند مسئله‌ای را حل کند که حل آن برای رایانه‌های کلاسیک غیرممکن یا از نظر زمانی غیرعملی باشد. اما این برتری در مورد همه مسائل صادق نیست و هنوز مشخص نیست در چه شرایطی می‌توان به این مزیت دست یافت. اگرچه پیش از این شرایطی به‌عنوان شرط‌های کافی برای بروز این برتری معرفی شده بود، اما مشخص نبود که این شرایط تا چه اندازه ضروری نیز هستند.
در همین راستا پژوهشگران دانشگاه کیوتو تلاشی را آغاز کردند تا شرایط ضروری و کافی برای تحقق برتری کوانتومی را با رویکردی رمزنگارانه تحلیل کنند. آنها از ساختار‌هایی به نام “اثبات‌های کم‌بازده از کوانتومی‌بودن” (inefficient-verifier proofs of quantumness) بهره گرفتند؛ پروتکل‌هایی تعاملی که در آن یک راستی‌آزما (Verifier) بدون دسترسی به رایانه کوانتومی می‌تواند با یک اثبات‌گر کوانتومی تعامل داشته باشد و اطمینان یابد که طرف مقابل واقعاً توان محاسبه کوانتومی دارد.
در این مسیر آنان متوجه شدند که وجود این اثبات‌ها به وجود یک ابزار رمزنگاری خاص به نام معمای یک‌طرفه (one-way puzzle) بستگی دارد. این معما‌ها نوعی از مسائل رمزنگاری هستند که حل‌شدن‌شان از یک‌سو آسان ولی از سوی دیگر (معکوس آن) عملاً غیرممکن است. این تیم با بهره‌گیری از این ابزار، موفق شد پیوندی میان دو حوزه مستقل یعنی برتری کوانتومی و امنیت رمزنگاری برقرار کند.یوکی شیراکاوا، نویسنده مسئول این مطالعه در این باره می‌گوید: ما توانستیم شرایط لازم و کافی برای برتری کوانتومی را شناسایی کنیم؛ به‌طوری که نشان دادیم وجود برتری کوانتومی با امنیت برخی از اصول بنیادی رمزنگاری کوانتومی معادل است.
این یافته پیامد‌های بسیار مهمی دارد، از جمله اینکه اگر در مسئله‌ای برتری کوانتومی وجود نداشته باشد تقریباً تمامی اصول رمزنگاری از جمله ابزار‌های مرسوم و حتی سیستم‌های در حال توسعه در حوزه رمزنگاری پساکوانتومی (Post-Quantum Cryptography) دیگر امن نخواهند بود؛ بنابراین عدم وجود برتری کوانتومی در یک ساختار خاص می‌تواند کل بنیاد رمزنگاری مرتبط با آن را دچار تزلزل کند.از سوی دیگر این معادل‌سازی نظری جدید، مبنای قدرتمندتری برای آزمایش‌های تجربی آینده در حوزه رایانش کوانتومی فراهم می‌آورد؛ به‌ویژه در تأیید صحت مزیت کوانتومی در شرایط واقعی و همچنین در مسیر توسعه نظریه‌های بنیادین در این حوزه.
شیراکاوا در ادامه افزود: برتری کوانتومی مفهومی بسیار مهم و مورد انتظار است که تاکنون درک کاملی از آن حاصل نشده بود. پژوهش ما گامی اساسی در جهت فهم عمیق‌تر این پدیده به‌شمار می‌رود.
به گفته این تیم تحقیقاتی مرحله بعدی پژوهش بررسی انواع دیگر مزیت‌های کوانتومی و تعمیم چارچوب نظری کنونی به گستره وسیع‌تری از مسائل است؛ گامی که می‌تواند به تدوین نظریه‌ای جامع‌تر درباره قدرت و محدودیت‌های واقعی رایانش کوانتومی منجر شود.
این یافته در نشریه علمی Nature منتشر شده و می‌تواند در آینده‌ای نزدیک مسیر پژوهش‌های نظری و کاربردی را در حوزه‌های رایانش، امنیت اطلاعات و علوم کوانتومی دگرگون سازد.
انتهای پیام/
Source link
