क्वांटम कंप्यूटिंग की दिमाग़ हिला देने वाली भौतिकी बिटकॉइन और क्रिप्टो के लिए क्यों भयावह है

इस सप्ताह, Google ने एक पेपर प्रकाशित किया जिसमें बताया गया कि एक क्वांटम कंप्यूटर सैद्धांतिक रूप से 9 मिनट में bitcoin प्राइवेट की को कैसे प्राप्त कर सकता है, जिसके परिणाम Ethereum, अन्य टोकन, निजी बैंकिंग और संभावित रूप से दुनिया की हर चीज़ तक फैलते हैं।

क्वांटम कंप्यूटिंग को एक नियमित कंप्यूटर के तेज़ संस्करण समझने की गलती करना आसान है। लेकिन यह अधिक शक्तिशाली चिप या बड़ा सर्वर फार्म नहीं है। यह मूल रूप से एक अलग प्रकार की मशीन है, जो परमाणु स्तर पर ही अलग है।

एक क्वांटम कंप्यूटर एक बहुत ठंडे, बहुत छोटे धातु के लूप से शुरू होता है जहां कण उस तरह से व्यवहार करना शुरू करते हैं जैसे वे पृथ्वी पर सामान्य परिस्थितियों में व्यवहार नहीं करते, जो भौतिकी के बुनियादी नियमों के रूप में हमारी सोच को बदल देते हैं।

भौतिक रूप से इसका क्या अर्थ है यह समझना, क्वांटम खतरे के बारे में पढ़ने और वास्तव में इसे समझने के बीच का अंतर है।

कंप्यूटर और क्वांटम कंप्यूटर वास्तव में कैसे काम करते हैं

नियमित कंप्यूटर जानकारी को बिट्स के रूप में संग्रहीत करते हैं — प्रत्येक या तो 0 या 1 होता है। एक बिट एक छोटा स्विच है। भौतिक रूप से, यह "चिप" पर एक ट्रांजिस्टर है — एक सूक्ष्म गेट जो या तो बिजली को गुजरने देता है (1) या नहीं (0)।

हर फोटो, हर bitcoin लेनदेन, हर शब्द जो आपने कभी टाइप किया है, इन स्विचों के ऑन या ऑफ होने के पैटर्न के रूप में संग्रहीत है। एक बिट के बारे में कुछ भी रहस्यमय नहीं है; यह दो निश्चित अवस्थाओं में से एक में एक भौतिक वस्तु है।

हर गणना सिर्फ इन 0s और 1s को वास्तव में तेजी से घुमाना है। एक आधुनिक चिप प्रति सेकंड अरबों ऐसा कर सकती है, लेकिन फिर भी यह उन्हें एक समय में एक, क्रम में करती है।

क्वांटम कंप्यूटर बिट्स के बजाय qubits के रूप में जानी जाने वाली चीज़ का उपयोग करते हैं। एक qubit 0, 1, या — और यह अजीब हिस्सा है — एक ही समय में दोनों हो सकता है!

यह संभव है क्योंकि एक qubit पूरी तरह से अलग प्रकार की भौतिक वस्तु है। सबसे सामान्य संस्करण, और जो Google उपयोग करता है, वह सुपरकंडक्टिंग धातु का एक छोटा लूप है जिसे पूर्ण शून्य से लगभग 0.015 डिग्री ऊपर ठंडा किया जाता है, बाहरी अंतरिक्ष से भी ठंडा लेकिन यहां पृथ्वी पर।

उस तापमान पर, बिजली बिना किसी प्रतिरोध के लूप के माध्यम से बहती है, और करंट को क्वांटम अवस्था में कहा जाता है।

सुपरकंडक्टिंग लूप में, करंट घड़ी की दिशा में (इसे 0 कहें) या घड़ी की विपरीत दिशा में (इसे 1 कहें) बह सकता है। लेकिन क्वांटम स्केल पर, करंट को एक दिशा चुनने की आवश्यकता नहीं है और वास्तव में एक साथ दोनों दिशाओं में बहता है।

इसे दोनों के बीच वास्तव में तेजी से स्विच करने की गलती न करें। करंट मापने योग्य, प्रयोगात्मक और सत्यापन योग्य रूप से एक साथ दोनों अवस्थाओं में है।

दिमाग झुका देने वाली भौतिकी

अब तक हमारे साथ हैं? बढ़िया, क्योंकि यहीं से यह वास्तव में अजीब हो जाता है, क्योंकि यह कैसे काम करता है इसके पीछे की भौतिकी तुरंत सहज नहीं है, और इसे होना भी नहीं चाहिए।

दैनिक जीवन में कोई भी जिस चीज़ के साथ इंटरैक्ट करता है वह शास्त्रीय भौतिकी का पालन करती है, जो मानती है कि चीजें एक समय में एक जगह पर होती हैं। लेकिन उप-परमाणु स्तर पर कण इस तरह व्यवहार नहीं करते।

एक इलेक्ट्रॉन की एक निश्चित स्थिति नहीं होती जब तक आप इसे नहीं देखते। एक फोटॉन की एक निश्चित ध्रुवीकरण नहीं होती जब तक आप इसे नहीं मापते। एक सुपरकंडक्टिंग लूप में करंट एक निश्चित दिशा में नहीं बहता जब तक आप इसे चुनने के लिए मजबूर नहीं करते।

हम रोजमर्रा की जिंदगी में इसका अनुभव क्यों नहीं करते इसका कारण decoherence है। जब एक क्वांटम सिस्टम अपने पर्यावरण, हवा के अणुओं, गर्मी, कंपन और प्रकाश के साथ इंटरैक्ट करता है, तो सुपरपोजिशन लगभग तुरंत ढह जाता है।

एक फुटबॉल एक साथ दो जगहों पर नहीं हो सकती क्योंकि यह हर नैनोसेकंड में खरबों हवा के अणुओं, धूल, ध्वनि, गर्मी, गुरुत्वाकर्षण आदि के साथ इंटरैक्ट कर रही है। लेकिन एक पूर्ण-शून्य के करीब वैक्यूम में एक छोटे करंट को अलग करें, इसे हर संभावित गड़बड़ी से बचाएं, और क्वांटम व्यवहार गणना करने के लिए पर्याप्त समय तक जीवित रहता है।

इसलिए क्वांटम कंप्यूटर बनाना इतना कठिन है। लोग भौतिक वातावरण का इंजीनियरिंग कर रहे हैं जहां भौतिकी के नियम जो सामान्य रूप से इस सामान को होने से रोकते हैं, उन्हें गणना चलाने के लिए पर्याप्त समय तक रोका जाता है।

Google की मशीनें विशाल कमरों के आकार के dilution refrigerators में काम करती हैं, प्राकृतिक ब्रह्मांड में किसी भी चीज़ से ठंडी, विद्युत चुम्बकीय शोर, कंपन और थर्मल विकिरण के खिलाफ परिरक्षण की परतों से घिरी हुई।

और qubits तब भी नाजुक होते हैं। वे लगातार अपनी क्वांटम अवस्था खो देते हैं, यही कारण है कि "त्रुटि सुधार" स्केलिंग के बारे में हर बातचीत पर हावी है।

तो क्वांटम कंप्यूटिंग शास्त्रीय कंप्यूटिंग का तेज़ संस्करण नहीं है। यह भौतिक नियमों के एक अलग सेट का शोषण कर रहा है जो केवल अत्यंत छोटे स्केल, अत्यंत कम तापमान और अत्यंत छोटी समय सीमा पर लागू होते हैं।

अब इसे ढेर करें।

दो नियमित बिट्स चार अवस्थाओं (00, 01, 10, 11) में से एक में हो सकते हैं, लेकिन एक समय में केवल एक (क्योंकि करंट केवल एक दिशा में बहता है)। दो qubits एक साथ सभी चार अवस्थाओं का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं, क्योंकि करंट एक ही समय में सभी दिशाओं में बह रहा है।

तीन qubits आठ अवस्थाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। दस qubits 1,024 का प्रतिनिधित्व करते हैं। पचास qubits एक क्वाड्रिलियन से अधिक का प्रतिनिधित्व करते हैं। संख्या हर qubit के जोड़े जाने के साथ दोगुनी हो जाती है, यही कारण है कि स्केलिंग इतनी घातीय है।

दूसरी चाल कुछ है जिसे entanglement कहा जाता है। जब दो qubits उलझे होते हैं, तो एक को मापना तुरंत एक पर्यवेक्षक को दूसरे के बारे में कुछ बताता है, चाहे वे कितने दूर हों। यह एक क्वांटम कंप्यूटर को उन सभी समकालिक अवस्थाओं में समन्वय करने देता है जिस तरह से नियमित समानांतर कंप्यूटिंग नहीं कर सकती।

और इन क्वांटम कंप्यूटरों को इस तरह सेट किया गया है कि गलत उत्तर एक दूसरे को रद्द कर देते हैं (जैसे ओवरलैपिंग तरंगें जो समतल होती हैं) और सही उत्तर एक दूसरे को मजबूत करते हैं (जैसे तरंगें जो ऊंची ढेर होती हैं)। गणना के अंत तक, सही उत्तर को मापे जाने की सबसे अधिक संभावना होती है।

तो यह क्रूर-बल गति नहीं है। यह गणना के लिए एक मूल रूप से अलग दृष्टिकोण है — जो प्रकृति को संभावनाओं के एक घातीय रूप से बड़े स्थान का पता लगाने देता है और फिर तर्क के बजाय भौतिकी के माध्यम से सही उत्तर पर ढह जाता है।

क्रिप्टोग्राफी के लिए एक स्मारकीय खतरा

यह दिमाग झुका देने वाली भौतिकी ही है जो एन्क्रिप्शन के लिए भयावह है।

bitcoin की रक्षा करने वाला गणित इस धारणा पर निर्भर करता है कि हर संभावित की की जांच करने में ब्रह्मांड की उम्र से अधिक समय लगेगा।

लेकिन एक क्वांटम कंप्यूटर हर की की जांच नहीं करता। यह एक साथ उन सभी का पता लगाता है और सही को सतह पर लाने के लिए हस्तक्षेप का उपयोग करता है।

यहीं पर यह Bitcoin से जुड़ता है। एक दिशा में जाना, प्राइवेट की से पब्लिक की तक, मिलीसेकंड लेता है। दूसरी दिशा में जाना, पब्लिक की से वापस प्राइवेट की तक, एक शास्त्रीय कंप्यूटर को दस लाख साल लगेंगे, या ब्रह्मांड की उम्र से भी अधिक। वह विषमता ही एकमात्र चीज है जो साबित करती है कि एक व्यक्ति अपने सिक्कों को रख रहा है।

Shor's नामक एल्गोरिथ्म चलाने वाला एक क्वांटम कंप्यूटर उस trapdoor से विपरीत दिशा में जा सकता है। Google के इस सप्ताह के पेपर ने दिखाया कि यह किसी के पहले अनुमान से कहीं कम संसाधनों के साथ ऐसा कर सकता है, और एक समय सीमा के भीतर जो bitcoin के अपने ब्लॉक पुष्टिकरण के खिलाफ दौड़ती है।

यही कारण है कि ब्लॉकचेन एन्क्रिप्शन को तोड़ने वाले क्वांटम कंप्यूटरों का खतरा वास्तव में सभी को बहुत चिंतित कर रहा है।

वह हमला चरण दर चरण कैसे काम करता है, Google के पेपर ने विशेष रूप से क्या बदला, और इसका 6.9 मिलियन bitcoin के लिए क्या मतलब है जो पहले से उजागर हैं, यह इस श्रृंखला के अगले टुकड़े का विषय है।