ترجمة: حسن مازن
قد تبدو عملية التحليل للعوامل الاولية من علمليات الرياضيات الاولية جداً, لكن تجربتها على عدد كبير (من 600 رقم مثلاً) ستكون مسالة معقدة جداً تستغرق وقتاً طويلاً حتى لو تم استخدام اسرع الحواسيب لتلك المهمة. لكن مجموعة باحثين من جامعة كاليفورنيا بسانتا باربارا قاموا بتطوير معالج كمومي قادر على تحليل عدد مركب إلى عوامله الأولية – كان العدد 15 وعوامله هي 5 , 3 .
قد تبدو عملية التحليل للعوامل الاولية من علمليات الرياضيات الاولية جداً, لكن تجربتها على عدد كبير (من 600 رقم مثلاً) ستكون مسالة معقدة جداً تستغرق وقتاً طويلاً حتى لو تم استخدام اسرع الحواسيب لتلك المهمة. لكن مجموعة باحثين من جامعة كاليفورنيا بسانتا باربارا قاموا بتطوير معالج كمومي قادر على تحليل عدد مركب إلى عوامله الأولية – كان العدد 15 وعوامله هي 5 , 3 .
رغم ان هذا العداد هو متواضع جداً مقارنة بعدد من 600 رقم إلا ان هذه الخطورة تعتبر علامة فارقة على طريق بناء حاسوب كمومي قادر على عملية تحليل اعداد اكبر من ذلك بكثير وهو ما سينعكس على التشفيبر والامن الالكتروني (cyber security). وكانت نتائج الدراسة قد نشرت بمجلة Nature Physics)).
يقول اريك لويتشرو Erik Lucero وهو المباحث الرئيسي في الورقة البحثية “العدد 15 هو عدد صغير لكن المهم هو اننا قد اظهرنا امكانية عمل خوارزمية بيتر شور للتحليل للعوامل الاولية (Peter Shor’s prime factoring algorithm) على معالج كمومي صلب وهو امر مثير حقاً ولم يحدث سابقاً”. يذكر ان لويتشرو هو الان باحث ما بعد دكتوراه في الحوسبة الكمومية التجريبية في IBM , وقد كان طالب دكتوراه في سانتا باربارا وقت اعداد الورقة البحثية واجراء الابحاث. أما اندرو كليلاند (Andrew Cleland) وهو استاذ الفيزياء في سانتا باربار ومشارك في التجربة فيقول: “ما هو مهم ان المفاهيم المستخدمة في تحليل العوامل الاولية لعدد صغير مثل 15 هي نفسها التي ستستخدم لتحليل اعداد اكبر بكثير” ويضيف “نحن بحاجة فقط لزيادة حجم هذا المعالج إلى شيء اكبر بكثير وذلك لن يكون سهلاً, لكن الطريق إلى الامام واضح”
لهذا البحث تطبيقات عملية منها بحسب لويتشرو تطبيقات في الامن الالكتروني حيث ان تحليل اعداد كبيرة جداً لعواملها الاولية تعد اساسية في بروتكولات الامن الالكتروني مثل اسلوب التشفير الاكثر شيوعاً RSA. يقول لويتشرو: “عندما ترسل معلومات مؤمنة –مثل معلومات بطاقة الائتمان- فان هذه العملية تعتمد على تحليل اعداد كبيرة لعواملها الاولية ” . فلفك شيفرة RSA باستخدام الكومبيوترات الكلاسيكية وافضل الخوارزميات الكلاسيكية المعروفة يلزم تحليل عدد كبير (اكبر من 600 رقم) لعوامله الأولية, وهذا يستغرق وقت اكبر من عمر الكون.
الحواسيب الكمومية بامكانها ان تختصر هذا الزمن الهائل لبضع عشرات من الدقائق حيث يقول لويتشرو: “الحواسيب الكمومية بامكانها ان تحل هذه المشكلة بشكل اسرع من الكومبيوترات الكلاسيكية بنحو 15 مقدار من الاوامر” ويضيف: “هذا له تاثير واسع النطاق, حيث سيغير الحاسوب الكمومي قواعد اللعبة في الكثير من الطرق وبالتاكيد في ما يتعلق بالامن الحاسوبي” .
لذا فباستخدام الحواسيب الكمية سوف تكون شيفرة RSA غير أمنه. فما الذي سيحل محلها؟ الجواب حسب لويتشرو التشفير الكمومي حيث يقول: “انها ليست اصعب فقط في الاختراق انما تسمح لك بمعرفة في ما اذا كان هنالك من يتجسس عليك كذلك أو يحاول اختراق ما ترسله من معلومات مؤمنة. تخيل ان شخصاً يحاول التنصت على مكالمة هاتفية لك سوف يحصل تشويش بالصوت في كل مرة يحاول ان يتنصت بها عليك. حيث انه مع التشفير الكمومي عندما يحاول شخص ان يحصل على معلومات فانه يغير النظام ككل (حسب مبدأ الريبة) وسيكون كل من المرسل والمتلقي على علم بذلك”.
لاجراء البحث قام لويتشرو وزملائه بتصميم وتجهيز معالج كمومي لرسم خريطة لايجاد العوامل الاولية للعدد 15 وتم تصميم لاجل ذلك دوائر كمومية فائقة التوصيل, يوضح لوسيرو : “لقد اخترنا العدد 15 لانه اصغر عدد مركب بامكاننا اختبار خوارزمية شور عليه وهو يتركب من عددين اوليين كلاهما ليس زوجي”.
تم تصميم المعالج الكمومي باستخدام دائرة كمومية من اربع بتات كمومية فائقة التوصيل (superconducting phase qubits) –المكافئات الكمومية للترانزستورات- وخمس رنانات مايكرويف (microwave resonators). تعقيد عمل هذه المكونات الكمومية التسع يسمح باجراء عمليات دقيقة وعلى درجة كبيرة من التحكم الالي –نموذج اولي من شانه ان يرتقي لدوائر اكبر واكثر تعقيداً. يمثل هذا البحث خطوة مهمة نحو بنية قابلة للتطوير تلبي معايير الحوسبة الكمومية. فضلاً عن اهميتها التاريخية في المعلومات الكمومية والتشفير.
يقول لويتشرو: “ان افضل ما يمكن أن نتوقعه من خوارزمية شور هو الحصول على الاجابة الصحيحة ل50% من المرات التي نكرر بها التجربة وبعد تكرار التجربة لـ150000 مرة كانت النتائج الصحيحة اقل قليلاً من النصف لذا فان النتائج جائت مطابقة للتوقعات النظرية”. والخطوة التالية وفقاً لويتشرو هي زيادة التماسك الكمومي وكذلك الذهاب بعيدة من تسع عناصر كمومية إلى مئات ثم ألاف وملايين.
الباحثون المشاركون في الدراسة من سانتا باربارا إضافة لويتشرو هم: جون مارتنيزاستاذ الفيزياء , رامي بارينز, يو تشين, ي. ين , و ماتيو مارنتوني وهم زملاء ما بعد دكتوراه في الفيزياء إضافة لطلاب الدراسات العليا جوليان كيلي, أنتوني ميغرنت, بيتر أومالي, دانيال سانك, أميت فينسنكار, جيم وينر, وتيد ويت
الرابط:
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/08/120819153743.htm
