عرّف الكيوبت (quantum bit)

ما هو الكيوبِت؟

الكيوبِت، أو البت الكمومي، هو الوحدة الأساسية للمعلومات في الحوسبة الكمومية. يشبه البت التقليدي في الحواسيب الكلاسيكية من حيث إمكانية تمثيله للعدد 0 أو 1، إلا أن الكيوبِت يتميز بقدرته على التواجد في حالة تراكب تجمع بين 0 و1 في الوقت ذاته، ويمكن أن يكون متشابكًا بقوة مع كيوبِتات أخرى.

يمكن تشبيه الكيوبِت بعملة تدور بسرعة: قبل مراقبتها، لا تكون وجهًا أو نقشًا بشكل محدد، بل مزيج من الاثنين؛ وعند المراقبة تستقر على نتيجة محددة. تتيح هذه الخاصية لأجهزة الحوسبة الكمومية استكشاف العديد من الاحتمالات بالتوازي، ما يمكّن بعض العمليات الحسابية من التنفيذ بكفاءة أعلى.

كيف يمثّل الكيوبِت المعلومات؟

تستخدم الكيوبِتات خاصية "التراكب" لترميز المعلومات، حيث يمكن للكيوبِت أن يوجد في حالات متعددة في آن واحد حتى يتم قياسه، وعندها ينهار إلى نتيجة محددة. يختلف ذلك عن البتات الكلاسيكية، التي تكون دائمًا إما 0 أو 1.

القياس في الحوسبة الكمومية يعني تقليص جميع النتائج المحتملة إلى نتيجة واحدة. من خلال ترتيب تسلسل وطريقة التراكبات والقياسات أثناء الحساب، يمكن لأجهزة الحوسبة الكمومية تصفية أدلة الإجابة دون الحاجة إلى فحص كل احتمال على حدة. هذه القدرة مصدر رئيسي لتسريع الحوسبة الكمومية.

كيف تختلف الكيوبِتات عن البتات الكلاسيكية؟

هناك ثلاثة اختلافات رئيسية:

1. التراكب: الكيوبِتات قادرة على الاحتفاظ بقيم متعددة في الوقت ذاته أثناء العمليات الحسابية، بينما البتات الكلاسيكية تكون دائمًا إما 0 أو 1 في أي لحظة.

2. التشابك: التشابك ظاهرة يصبح فيها الكيوبِتات مترابطة بحيث أن قياس أحدها يؤثر فورًا على حالة الآخر. هذا الارتباط يتيح نقل المعلومات البنيوية بسرعة ضمن الخوارزميات الكمومية.

3. القياس والنسخ: لا يمكن نسخ المعلومات الكمومية بشكل كامل (وفق مبدأ "عدم الاستنساخ")، كما أن قياس الكيوبِت يغيّر حالته. وهذا يختلف جوهريًا عن البيانات التقليدية التي يمكن قراءتها ونسخها بحرية.

كيف تعمل الكيوبِتات عبر البوابات الكمومية؟

البوابات الكمومية هي تعليمات تشغيل تُطبَّق على الكيوبِتات، تشبه البوابات المنطقية في الحوسبة الكلاسيكية، لكنها مصممة لمعالجة التراكب والتشابك.

من الأمثلة الشائعة:

• بوابة Hadamard تحول 0 أو 1 محددة إلى تراكب، أي "تدوير العملة".
• بوابة CNOT تعمل على كيوبِتين، وتربطهما في زوج متشابك بحيث تصبح نتائجهما مترابطة.

قد تتضمن سلسلة العمليات استخدام بوابة Hadamard لإنشاء تراكب، ثم بوابة CNOT لتشابك كيوبِتين. هذا المزيج يعزز "إشارة" الإجابات الصحيحة في مسائل البحث أو التحليل البنيوي.

ما الذي يعنيه الكيوبِت بالنسبة للتشفير؟

تملك الخوارزميات المعتمدة على الكيوبِتات القدرة على تعطيل أنظمة التشفير واسعة الانتشار.

تمكّن خوارزمية Shor أجهزة الحوسبة الكمومية من إيجاد عوامل الأعداد الكبيرة أو حل اللوغاريتمات المنفصلة بكفاءة—وهي مشكلات تشكل أساس العديد من أنظمة التشفير بالمفتاح العام مثل RSA وتوقيعات المنحنيات البيضوية. إذا ظهرت أجهزة كمومية قوية بما فيه الكفاية، فقد تتمكن هذه الخوارزميات من اختراق أمان التشفير الحالي.

تسرّع خوارزمية Grover هجمات البحث الشامل على أنظمة المفاتيح المتماثلة (مثل AES)، لكنها لا تكسرها بالكامل. لمواجهة هذا الخطر، غالبًا ما يتم مضاعفة أطوال المفاتيح (مثلاً من 128 بت إلى 256 بت) لتعويض تسريع Grover التربيعي.

كيف يمكن أن تؤثر الكيوبِتات على أمان البلوكشين والمحافظ؟

تعتمد شبكات البلوكشين غالبًا على مخططات توقيع مثل ECDSA وEdDSA، والتي تعتمد على صعوبة حل مسائل المنحنيات البيضوية. إذا أصبحت أجهزة الحوسبة الكمومية الكبيرة القادرة على تشغيل خوارزمية Shor ممكنة، فقد يسمح كشف المفاتيح العامة باشتقاق المفاتيح الخاصة، مما يهدد أمان الأصول.

في البيتكوين، تظهر العناوين غير المصروفة عادة على شكل تجزئة فقط—وليس كمفتاح عام—حتى يتم صرفها. لذا، فإن تقليل إعادة استخدام العناوين ونقل الأموال بسرعة إلى عناوين جديدة بعد التأكيد يقلل من خطر التعرض. أما على منصات العقود الذكية، فتظهر المفاتيح العامة بشكل متكرر بسبب استدعاءات العقود، لذا يجب على مزودي البروتوكولات والمحافظ التخطيط للترقية مبكرًا.

إذا كنت تحتفظ بأصول على Gate، تابع مستجدات أمان الحساب وإشعارات ترقية المحافظ. المخاطر الكمومية طويلة الأجل حاليًا، ولكن مع بدء النظام البيئي في ترحيل مخططات التوقيع، قد تحتاج العناوين والمحافظ القديمة إلى التحويل. التقييم الاستباقي للمخاطر يساعد في منع الخسائر خلال فترات الترحيل.

تنويه المخاطر: لا تزال أجهزة الحوسبة الكمومية الحالية غير مستقرة مع معدلات خطأ مرتفعة، ما يجعل شن هجمات تشفيرية واسعة النطاق غير عملي على المدى القصير. ومع ذلك، فإن ترحيل أنظمة الأمان معقد ويستغرق وقتًا، لذا من الحكمة الاستعداد مسبقًا.

كيف يتم دمج الكيوبِتات والتشفير بعد الكمومي في Web3؟

يشير التشفير بعد الكمومي إلى مخططات التشفير المصممة لمقاومة الهجمات الكمومية المعروفة. لا تعتمد هذه الخوارزميات على التحليل إلى عوامل أو اللوغاريتمات المنفصلة، بل تستند إلى مسائل الشبكات أو أكواد تصحيح الأخطاء أو هياكل التجزئة.

اعتبارًا من 2024، اختارت NIST خوارزمية CRYSTALS-Kyber لتبادل المفاتيح (KEM) وCRYSTALS-Dilithium للتوقيعات الرقمية، وتعمل على تطوير معاييرها (المصدر: مشروع NIST PQC، 2022-2024). وتشمل الخطوات العملية لنظام Web3:

• التوقيعات الهجينة: استخدام التوقيعات الحالية وتوقيعات ما بعد الكم معًا للتحقق المزدوج خلال الترحيل.
• ترقيات البروتوكول: إدخال الخوارزميات بعد الكمومية في العُقد، والمحافظ، والجسور بين الشبكات، والتحقق من الرسائل في الطبقة الثانية.
• تشفير الاتصالات: استخدام تبادل المفاتيح بعد الكمومي في الاتصالات خارج السلسلة (مثل API، RPC، TLS) لحماية نقل البيانات والأوامر.

كيف تؤثر تطورات الكيوبِتات على الجدول الزمني؟

حتى نهاية 2024، لا تزال الأجهزة الكمومية تعاني من معدلات خطأ مرتفعة وحاجة كبيرة لتصحيح الأخطاء. ويتفق الأكاديميون والصناعة على أن الأجهزة القادرة على تشغيل خوارزمية Shor على نطاق واسع—بما يكفي لكسر التشفير الحديث—ما زالت بعيدة لعدة سنوات. ويتوقف التقدم على جودة الأجهزة واستراتيجيات تصحيح الأخطاء وحجم الهندسة.

في المقابل، تتقدم معايير التشفير بعد الكمومي، وتقيّم الحكومات والشركات مسارات الترحيل. أما في Web3، فإن ترقية البروتوكولات والمحافظ على السلسلة تستغرق وقتًا؛ ويوصى بالبدء في اختبار الحلول المتوافقة فور نضوج المعايير لتجنب المخاطر المفاجئة مستقبلاً.

ما الذي ينبغي على مستخدمي Web3 فعله بشأن مخاطر الكيوبِتات؟

أولاً، قيّم مدى تعرّضك: تحقق إذا كنت تعيد استخدام العناوين، أو تعرض المفاتيح العامة بشكل متكرر في أماكن عامة، أو تستخدم مكتبات محافظ قديمة.

ثانيًا، راقب المعايير وترقيات النظام البيئي: تابع تقدم NIST في التشفير بعد الكمومي وراقب خطط الدعم من العملاء والمحافظ الرئيسيين—خاصة إعلانات Gate الأمنية وأدلة الترحيل.

ثالثًا، اعتمد ممارسات قوية: قلل إعادة استخدام العناوين؛ وفضّل المحافظ متعددة التوقيع وآليات حجز الوقت لزيادة تكلفة الهجمات؛ وفعّل إعدادات TLS الأقوى للاتصالات خارج السلسلة وراقب الخيارات بعد الكمومية.

رابعًا، خصص وقتًا للترحيل: جهّز مسارات ترحيل قابلة للتحقق وخطط طوارئ لمفاتيحك وأصولك؛ اختبر التحويلات الصغيرة أولاً ثم زد الحجم تدريجيًا لتجنب المخاطر التشغيلية الناتجة عن التحويلات الكبيرة دفعة واحدة.

ملخص الكيوبِت والخطوات التالية

تتيح الكيوبِتات استكشاف المعلومات البنيوية بكفاءة عبر التراكب والتشابك، ما يطرح تأثيرات محتملة على التشفير وتوقيعات البلوكشين. ورغم أن أجهزة الحوسبة الكمومية القادرة على كسر التشفير لا تزال بعيدة، تتقدم معايير التشفير بعد الكمومي. ينبغي لنظام Web3 التخطيط الاستباقي لاستراتيجيات هجينة وترحيلية على مستوى البروتوكول والمحافظ والاتصالات؛ كما ينبغي للمستخدمين تقليل إعادة استخدام العناوين، ومتابعة إعلانات الأمان من منصات التداول، وتجربة الترحيل على نطاق صغير تدريجيًا لإكمال الاستعدادات. يضمن هذا النهج الجاهزية عند الوصول لنقطة التحول التقنية دون إثارة الذعر.

الأسئلة الشائعة

ما هو الفرق الجوهري بين الكيوبِتات والبتات الكلاسيكية في تخزين البيانات؟

يمكن للبتات الكلاسيكية أن تكون فقط 0 أو 1 في أي لحظة. أما الكيوبِت، فيمكن أن يكون 0 و 1 في الوقت ذاته—وهي خاصية تُعرف بالتراكب. وهذا يمكّن الحواسيب الكمومية من معالجة العديد من الاحتمالات في آن واحد، ما يؤدي إلى قوة حسابية أسية. على سبيل المثال: تمثل 100 بت كلاسيكية حالة واحدة فقط في كل مرة؛ بينما يمكن لـ100 كيوبِت تمثيل حوالي 2^100 حالة في الوقت نفسه—وهذا هو جوهر إمكانات الحوسبة الكمومية.

لماذا تشكل الكيوبِتات تهديدًا لمحافظي وأصولي الرقمية؟

تحمي محفظتك الرقمية المفاتيح الخاصة باستخدام خوارزميات RSA أو ECDSA التي تتطلب آلاف السنين من الحوسبة الكلاسيكية لاختراقها. أما الحواسيب الكمومية التي تشغّل خوارزمية Shor فقد تتمكن من كسر هذه الحماية خلال ساعات—مما يهدد أمان أصولك مباشرة. ورغم أن هذا الخطر غير وشيك، فإن متابعة تطورات التشفير بعد الكمومي ضروري الآن للحماية على المدى الطويل.

هل تستطيع الحواسيب الكمومية الحالية كسر حماية البيتكوين أو الإيثيريوم؟

ليس بعد. لا تزال الأجهزة الكمومية الحالية بدائية—شريحة Google تحتوي فقط على بضع مئات من الكيوبِتات، بينما يتطلب كسر التشفير ملايين الكيوبِتات المستقرة. وتشير تقديرات الصناعة إلى أن ذلك سيستغرق 10–15 سنة أخرى على الأقل. أصولك آمنة حاليًا، لكن ينبغي لنظام البلوكشين ترقية خوارزميات التشفير خلال هذه الفترة استعدادًا للمخاطر المستقبلية.

إذا كنت قلقًا بشأن التهديدات الكمومية، ماذا يجب أن أفعل الآن؟

على المدى القصير، استخدم محافظ متعددة التوقيع والتخزين البارد لمزيد من الأمان. وعلى المدى المتوسط، راقب منصات مثل Gate التي تقدم محافظ تدعم التشفير بعد الكمومي. وعلى المدى الطويل، فكّر في مشاريع بلوكشين تطبق خوارزميات مقاومة للكم مثل Dilithium. وابقَ على اطلاع دائم بتطورات الأمان الكمومي في القطاع.

ما العلاقة بين التشفير بعد الكمومي والكيوبِتات؟

الكيوبِتات هي الوحدات الأساسية التي تدعم الحوسبة الكمومية—وتمثل تهديدًا ناشئًا للتشفير الحالي؛ أما التشفير بعد الكمومي فهو مجموعة من الخوارزميات الجديدة المصممة خصيصًا لمقاومة هذا التهديد. ببساطة: الكيوبِتات تخلق المشكلة؛ والتشفير بعد الكمومي يقدم الحل. ويعمل مجتمع Web3 بنشاط على دمج الأمان بعد الكمومي في البلوكشين استعدادًا لعصر الكم.