در مسیر تکامل دنیای تکنولوژی با دو مفهوم رایانش ابری (Cloud Computing) و محاسبات کوانتومی (Quantum Computing) مواجه هستیم. کلود کامپیوتینگ نوعی محاسبات توزیعشده در فضای ابری است که برای اجرای عملیات از سرورهای راه دور کمک میگیرد؛ سرورهایی که از طریق اینترنت به یکدیگر متصل هستند. در مقابل کوانتوم کامپیوتینگ مبتنی بر دستکاری ذرات در سطح زیراتمی است. افراد و کسبوکارهای مختلف پیش از انتخاب هر یک باید درک روشنی از نحوه عملکرد و تفاوت محاسبات کوانتومی و رایانش ابری داشته باشند. به همین دلیل در این مقاله از میهن بلاکچین به این مسئله پرداختهایم و سعی کردهایم از منظر مقایسه، این دو مفهوم را بررسی کنیم.
محاسبه کوانتومی چیست؟
محاسبات کوانتومی یا رایانش کوانتومی علمی بر مبنای شاخه مکانیک کوانتومی است. مکانیک کوانتومی بخشی از علم فیزیک است که ویژگی و رفتار پدیدههای طبیعی را در سطح اتم و زیراتم مانند الکترونها و فوتونها بررسی میکند.
در محاسبات کوانتومی، رایانهها با استفاده از ذرات زیراتمی به ماشینهایی قوی تبدیل میشوند تا بتوانند دادهها را با سرعتی فوقالعاده محاسبه و پردازش کنند. این رایانهها به لطف کیوبیتها (بیتهای کوانتومی) و قابلیت صفر و یک یا ترکیبی از هر دو، میتوانند چنین سرعت بالایی به دست بیاورند. در مقابل، سیستمهای باینریِ رایانههای معمولی، فقط در حالت صفر (خاموش یا نادرست) و یک (روشن یا درست) کار میکنند. به عبارت دیگر کیوبیتها اجازه میدهند این ذرات به طور همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند. این قابلیت موجب میشود رایانههای کوانتومی بتوانند حجم عظیمی از دادهها را به بطور همزمان پردازش کنند. سیستمهای رایانهای باینری در هر لحظه میتوانند فقط یک بخش از اطلاعات را پردازش کنند.
پیدایش محاسبات کوانتومی به دهه ۱۹۸۰ (۱۳۵۸) برمیگردد. دو فیزیکدان به نامهای ریچارد فاینمن (Richard Feynman) و یوری مانین (Yuri Manin) متوجه شدند که با استفاده از نظریه و الگوریتمهای کوانتومی در محاسبات، میتوان نتایج بهتری را نسبت به روشهای کلاسیک به دست آورد.
اگرچه محاسبات کوانتومی کاربردی هنوز مراحل ابتدایی خود را طی میکند، اما بر بسیاری از صنایع سایه افکنده است. به طور مثال این فناوری به سازمانهای بزرگ کمک میکند تا حجم عظیمی از دادهها را سریعتر و کارآمدتر پردازش کنند.
رایانههای کوانتومی به دلیل توانایی در حل مسائل پیچیده و قابلیتهایی مانند پردازش فوقالعاده سریع حجم عظیمی از دادهها یا ارائه مدلهای پیشبینی بهتر در موضوعات مختلف، میتوانند پروتکلهای رمزگذاری شده را رمزگشایی کنند. این بدان معنا است که رایانههای کوانتومی تهدیدی برای تکنولوژی بلاکچین و ارزهای دیجیتال هستند.
رایانش ابری چیست؟
رایانش ابری (Cloud Computing) یا ابر (Cloud) یک نرمافزار مبتنی بر برنامه است که سرویسهای محاسباتی را در سراسر اینترنت توزیع میکند. این نرمافزار برای ذخیره و پذیرش دادهها از خدمات شخص ثالث از قبیل سرور، فضای ذخیرهسازی، پایگاه داده، شبکهسازی، نرمافزار و علم تجزیه و تحلیل آنها کمک میگیرد.
پیش از ظهور رایانش ابری، کسبوکارها مجبور بودند برای جلوگیری از مشکلات ناشی از وقفه سختافزاری یا قطع برق، سرورهایی با فضای کافی بخرند و حجم ترافیک خود را مدیریت کنند. با این وجود، اکثر اوقات مقدار زیادی از فضای سرور بلااستفاده باقی میماند و حجم زیادی از پول و منابع به هدر میرفت. اکنون اکوسیستمهای رایانش ابری فرصتی را برای سازمانها فراهم میکنند تا بدون نیاز به سختافزارهای گرانقیمت، مراکز داده خصوصی یا نصب نرمافزارها و تنها با تمرکز روی نوآوری، منابع پویا و مزیت مقیاس (مزیت کاهش هزینه در اثر افزایش تولید) از راهحلهای کارآمدتر و مقرون بهصرفهتری بهرهمند شوند.
پیشینه اختراع رایانش ابری به دهه ۱۹۶۰ (۱۳۳۸) باز میگردد؛ اما استفاده گسترده از آن در دهه ۲۰۲۰ (۱۳۹۸) و در طول دوره پاندمی کووید ۱۹ رایج شد. در حقیقت در این دوره برای مدیریت چالشهای دورکاری سازمانها به سیستم محاسباتی کارآمدتری نیاز داشتیم.
به لطف محاسبات ابری، بسیاری از کسبوکارها میتوانند علاوه بر مدیریت، دسترسی، ذخیره داده و برنامههای کاربردی، سرویسهای خود را به طور آنی، در هر زمان و از راه دور با سایرین به اشتراک بگذارند. این کسبوکارها با استفاده از فضای ابری میتوانند فایلها، برنامههای کاربردی و انواع مختلف اطلاعات را به صورت مقیاسپذیر ذخیره کنند و این یعنی صرفهجویی در زمان و هزینه.
نحوه عملکرد محاسبات کوانتومی چگونه است؟
یک پردازنده کلاسیک برای پردازش عملیات و اجرای برنامههای مختلف از بیتها استفاده میکند. در مقابل یک رایانه کوانتومی با استفاده از کیوبیتها، الگوریتمهای کوانتومی چند بعدی را اجرا میکند.
اجرای عملیات در رایانههای کوانتومی از طریق کیوبیتهایی انجام میشود که میتوانند به طور همزمان نشاندهنده ۰ و ۱ باشند. همچنین این رایانهها برای ارزیابی و اجرای مشاهدات، از انواع الگوریتمهای چند بعدی استفاده میکنند. قدرت پردازش این فضاهای چند بعدی به نسبت تعداد کیوبیتهایی که اضافه میشوند، به صورت تصاعدی افزایش پیدا میکند.
کامپیوترهای کوانتومی نسبت به ابررایانهها کوچکتر هستند و به انرژی کمتری نیاز دارند. البته ابررایانهها نیز در مقایسه با کامپیوترهای معمولی، کارایی بالاتری دارند. یک پردازنده کوانتومی تقریبا به اندازه پردازشگر یک لپتاپ است. قطعات یک سیستم سختافزاری کوانتومی نیز بیشتر شامل سیستمهای خنک کننده میشود.
رایانههای کوانتومی ابزارهایی حساس و با ضریب خطای بالا هستند؛ به همین علت دستگاه سختافزاری این رایانهها باید در دمای بسیار سرد و نزدیک به صفر مطلق نگهداری شود. به این سیستمهای خنککننده، ابرسیال یا ابرشاره گفته میشود که باید بتوانند دمای پردازندهها را فوقالعاده پایین بیاورند تا حالت ابررسانایی ایجاد شود. در چنین شرایطی الکترونها بدون مقاومت حرکت میکنند، اطلاعات کوانتومی سریعتر و کارآمدتر تولید میشود و متناسب با تعداد کیوبیتهای اضافهشده، فضاهای چندبعدی پیچیده ایجاد میشود.
مزایا و معایب محاسبات کوانتومی
درک بهتر سازوکار محاسبات کوانتوامی، از طریق بررسی مزایا و معایب آن مقدور خواهد بود که در زیر به چند مورد از آنها اشاره میکنیم.
مزایا:
- ایجاد فرصتی برای صنایع مختلف برای توسعه و طراحی برنامههای رایانهای پیشرفته بر اساس دادههای بسیار دقیق، ایمن و کارآمد
- دسترسی به روشهای پیشرفته رمزگذاری داده برای تشخیص بهتر تقلب و تامین امنیت عمومی دادههای حساس
- سرعت پردازش داده فوقالعاده برای مدیریت حجم زیادی از دادهها به طور یکباره (توجه داشته باشید که دسترسی به چنین سرعتی در رایانههای معمولی غیرممکن است.)
- تحول در ساخت مواد جدید، داروها و مواد شیمیایی به لطف شبیهسازی ساختار مولکولی توسط محاسبات کوانتومی
معایب:
- با توجه به اینکه محاسبات کوانتومی به مداخله فاکتورهای خارجی مانند دما و تشعشعات الکترومغناطیسی حساس است، دقت محاسبات نیز تحت تاثیر قرار میگیرد.
- رایانههای کوانتومی در دسترس عامه نیستند؛ بنابراین توسعهدهندگان نمیتوانند ویژگیها و قابلیت اطمینان آنها را به درستی ارزیابی کنند.
- عملکرد صحیح کامپیوترهای کوانتومی نیازمند مقدار زیادی داده است؛ در نتیجه کسبوکارهای مختلف برای استفاده از این رایانهها باید روی سیستمهای عظیم ذخیرهسازی داده سرمایهگذاری کنند.
نحوه عملکرد محاسبات ابری چگونه است؟
سیستمهای رایانش ابری توسط شرکتهای تخصصی نگهداری و اجرا میشوند. این شرکتها دارای مراکز داده بزرگی هستند و میتوانند امنیت، ظرفیت ذخیرهسازی و قدرت محاسباتی لازم را برای پشتیبانی از زیرساختهای آنلاین تامین کنند.
سرویسهای ابری از طریق اتصال به اینترنت و دستگاههای محاسباتی مانند تلفنهای هوشمند، لپتاپها و رایانهها قابل دسترسی هستند. کاربران به راحتی میتوانند یک شرکت محاسبات ابری را انتخاب کنند و با پرداخت هزینه از خدمات و سرویسهای آنها استفاده کنند. این سرویسها شامل زیرساختهای لازم برای تسهیل ارتباط میان دستگاهها و برنامهها هم میشود. به طور مثال کاربر میتواند فایلی را در لپتاپ خود ذخیره کند و همان لحظه فایل در دستگاه آیفون او نیز همگامسازی میشود.
معماری رایانش ابری به دو بخش فرانت اند و بک اند تقسیم میشود. بخش فرانت اند شامل همه ابزارهای دسترسی مشتری به سیستم رایانش ابری میشود. به طور مثال کاربران میتوانند با یک مرورگر اینترنتی به دادههای ذخیره شده خود دسترسی داشته باشند. بخش بک اند نیز به سرورها، رایانهها، پایگاههای داده و سرورهای مرکزی مربوط میشود. سرورهای مرکزی برای تسهیل اجرای عملیات و اطمینان از برقراری ارتباط روان و بدون اشکال میان دستگاههای متصل به ابر، از قوانین پروتکلهای خاص استفاده میکنند.
برخی شرکتهای ارائهدهنده سرویسهای ابری، شرکتهای پیشگام فناوری هستند. از جمله این شرکتها میتوان به خدمات وب آمازون (Amazon Web Services)، مایکروسافت آژور (Microsoft Azure)، اپل آی کلاود (Apple iCloud) و گوگل درایو (Google Driv) اشاره کرد.
مزایا و معایب رایانش ابری
برای مقایسه بهتر میان دو مفهومی که در این مقاله قصد بررسی آن را داریم، مزایا و معایب رایانش ابری را هم بهتر است بررسی کنیم.
مزایا:
- زیرساخت کسبوکارها با استفاده از رایانش ابری بر حسب تقاضا میتواند مقیاسپذیری متفاوتی را تجربه کند. به عبارت دیگر کسبوکارها با تغییر نیازها، به سرعت و به راحتی میتوانند سرورها را حذف یا اضافه کنند. این قابلیت به کسبوکارها کمک میکند تا بدون نگرانی در مورد محدودیت ظرفیت، تقاضای ناگهانی بازار را مدیریت کنند.
- از آنجایی که استفاده از رایانش ابری به نصب سختافزار یا نرمافزارهای گرانقیمتی نیاز ندارد، مقرون به صرفه است.
- هرکجا که امکان اتصال به اینترنت وجود داشته باشد، رایانش ابری دسترسی به دادهها و برنامهها را به آسانی فراهم میکند.
معایب:
- مسئله امنیت در رایانش ابری هنوز یک دغدغه حل نشده است؛ زیرا قابلیت اطمینان آن وابسته به اینترنت است و ممکن است در برابر حملات هک آسیبپذیر باشد.
- متمرکز بودن سرورهای ابری به این معنا است که ممکن است سرورها در مکانهای خاصی هنگام قطع برق آفلاین شوند. حتی ممکن است به دلیل تمرکزگرایی مقاومت در برابر سانسور نیز به خطر بیفتد.
محاسبات ابری بهتر است یا محاسبات کوانتومی؟
رایانش ابری و کوانتومی هر دو مزایا و معایبی دارند و هیچ برندهای بین آنها وجود ندارد. احتمالا در نهایت هر دو ادغام و یکپارچهسازی میشوند تا راهحلهای ایمن و موثری برای افراد و کسبوکارهای مختلف ایجاد شود.
کسبوکارها پیش از انتخاب محاسبه کوانتومی و رایانش ابری، باید چند فاکتور از قبیل هزینه، در دسترس بودن و شرایط خاص را در نظر بگیرند. جدول زیر مقایسهای میان این دو روش را نشان میدهد.
| معیار مقایسه | محاسبه کوانتومی | رایانش ابری |
| در دسترس بودن | هنوز مراحل ابتدایی خود را میگذراند و به راحتی در دسترس عموم قرار ندارد. | به آسانی در دسترس است و همه کسبوکارها در هر مقیاسی از آن استقبال کردهاند. |
| روش اجرا | از طریق دستکاری ذرات زیراتمی اجرا میشود. | یک سیستم توزیعشده است که از طریق سرورهایی که از راه دور در نقاط مختلف از طریق اینترنت به یکدیگر متصل هستند، کار میکند. |
| قدرت محاسباتی | قدرت محاسباتی و سرعت پردازش محاسبات کوانتومی با سیستمهای محاسباتی فعلی اصلا قابل قیاس نیست. | قدرت محاسباتی رایانش ابری به دلیل اتکا به روشهای محاسباتی سنتی محدود است. |
| هزینه | در حال حاضر استفاده از محاسبات کوانتومی به دلیل هزینههای گزاف فقط به موسسههای تحقیقاتی و سازمانهای بزرگ محدود میشود. | از آنجایی که کسبوکارها میتوانند فقط هزینه منابع مورد نیازشان را بپردازند و بر حسب نیاز منابع را حذف یا اضافه کنند، رایانش ابری یک راهحل مقرونبهصرفه است. |
آیا محاسبات کوانتومی در آینده جایگزین رایانش ابری میشوند؟
ظاهرا پدیده جدیدی در حال شکلگیری است. پدیدهای به نام محاسبات کوانتومی مبتنی بر ابر قصد دارد هر دو فناوری و ویژگیهای آنها را با هم ترکیب کند و از طریق وب در فضای ابری، دسترسی مستقیمی به رایانههای کوانتومی ایجاد کند.
اگرچه محاسبات کوانتومی به این زودیها جایگزین رایانش ابری نمیشوند، اما غولهای فناوری قصد دارند با ادغام این دو فناوری بیشترین بهره را از هر دو ببرند. این نوع یکپارچهسازی با استفاده از فضای ابری، دسترسی به رایانههای کوانتومی را آسان میکند و آنها را در دسترس طیف وسیعتری از کاربران قرار میدهد.
رایانههای کوانتومی مبتنی بر ابر باعث تسریع نوآوریهای حوزه فناوری میشوند. به عبارت دیگر از آنجایی که محققان و توسعهدهندگان از طریق ابر، دسترسی آسانتری به سختافزارهای کوانتومی و منابع محاسباتی دارند، روند پیشرفت و اکتشافات آنها سرعت میگیرد.
سوالات متداول (FAQ)
- محاسبات کوانتومی چیست؟
محاسباتی است که برای ذخیره اطلاعات، از حالتهای کوانتومی ذرات زیراتمی استفاده میکند. - رایانش ابری چیست؟
پردازش، مدیریت و ذخیره اطلاعات از طریق رایانههایی است که به وسیله اینترنت و به صورت ریموت به هم متصل شدهاند.
سخن پایانی
محاسبات کوانتومی (Quantum Computing) و رایانش ابری (Cloud Computing) هر کدام دارای مزایا و معایبی هستند. با توجه به مطالبی که گفته شد مهمترین تفاوت محاسبات کوانتومی و رایانش ابری در قدرت و سرعت پردازش، سهولت استفاده و هزینه آنها است. در حال حاضر صنایع مختلف و شرکتهای بزرگ فناوری قصد دارند تا با ترکیبی از این دو فناوری بیشترین بهره را ارائه دهند. به هر حال افراد و کسبوکارهای مختلف برای استقبال از یکپارچهسازی محاسبات کوانتومی و ابری باید بر چالشهای متعددی غلبه کنند. به طور مثال پیچیدگی دسترسی به رایانههای کوانتومی و تخصص لازم برای استفاده از راهحلهای کوانتومی در فضای ابری، برای افراد عادی سخت و چالش برانگیز است. مسئله دیگر موضوع امنیت است؛ زیرا الگوریتمهای کوانتومی حساس هستند و باید امنیت آنها در برابر دسترسیهای غیرمجاز یا دستکاری حفظ شود. به نظر شما چه چالشهای دیگری برای اجرا و پذیرش گسترده محاسبات کوانتومی مبتنی بر ابر وجود دارد؟
