สมองกลยุคควอนตัม พัฒนาไปไกลแค่ไหนแล้ว?

สมองกลยุคควอนตัม พัฒนาไปไกลแค่ไหนแล้ว?

สมองกลยุคควอนตัม – ทุกวันนี้บริษัทผู้นำด้านเทคโนโลยียักษ์ใหญ่หลายราย ต่างเปิดศึกแข่งขันกันพัฒนา “ควอนตัมคอมพิวเตอร์” สมองกลแห่งโลกอนาคตที่ทรงประสิทธิภาพในการประมวลผลเหนือคอมพิวเตอร์รุ่นปัจจุบันนับล้านเท่า ซึ่งแต่ละค่ายก็มีแนวทางและเทคนิคในการพัฒนาแตกต่างกันออกไป เพื่อผลิตควอนตัมคอมพิวเตอร์ออกวางตลาดให้คนทั่วไปใช้งานได้จริงในวงกว้าง

ภาพกราฟฟิกประกอบ

Getty Images
ควอนตัมคอมพิวเตอร์จะช่วยมนุษย์ไขความลับของจักรวาลได้หรือไม่?

ควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่คำนวณได้เร็วยิ่งกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์หลายพันเท่านั้น จะช่วยให้คนเราไขปัญหาซับซ้อน เช่นสามารถจะคิดค้นยารักษาโรคชนิดใหม่ได้เร็วขึ้น ปลดล็อกระบบความปลอดภัยที่เข้ารหัสไว้แน่นหนา ออกแบบวัสดุใหม่ ๆ รวมทั้งพัฒนาปัญญาประดิษฐ์ที่มีความฉลาดสูงยิ่งขึ้นได้อีกด้วย

สมองกลยุคควอนตัม
เราอาจจะใช้ควอนตัมคอมพิวเตอร์ค้นหาโมเลกุลที่รักษาโรคทางพันธุกรรมได้ / Getty Images
ผู้นำด้านเทคโนโลยีอย่างกูเกิล ไอบีเอ็ม อินเทล ไมโครซอฟท์ หรือ ริเก็ตติ (Rigetti) ต่างก็พัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ในแนวทางของตน ซึ่งอาจแบ่งออกได้เป็น 4 แบบหลัก มีตั้งแต่แบบที่ใช้อนุภาคของแสง (โฟตอน) ไปจนถึงแบบที่ใช้การกักประจุไฟฟ้า ตัวนำยิ่งยวด และเพชรที่มีอะตอมไนโตรเจนเจือปนอยู่

ควอนตัมคอมพิวเตอร์คืออะไร?

หน่วยพื้นฐานของข้อมูลสำหรับคอมพิวเตอร์ธรรมดาทั่วไปคือเลขฐานสอง ซึ่งได้แก่ 0 กับ 1 อันเป็นสัญลักษณ์แทนการเปิดและปิดวงจรไฟฟ้า แต่หน่วยพื้นฐานของข้อมูลในควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่าคิวบิต (Qubit) คืออนุภาคมูลฐานในอะตอมเช่นอิเล็กตรอน ซึ่งอนุภาคเหล่านี้มีคุณสมบัติพิเศษสามารถอยู่ในสองสถานะได้ในเวลาเดียวกัน ตามหลักการทับซ้อนทางควอนตัม (Superposition)

คุณสมบัติดังกล่าวทำให้ควอนตัมคอมพิวเตอร์ทำงานได้อย่างรวดเร็วเหลือเชื่อ อย่างที่มาร์ติน ไจล์ บรรณาธิการนิตยสาร MIT Technology Review บอกไว้ว่า “ถ้าคุณมีควอนตัมคอมพิวเตอร์ระดับ 2 คิวบิต และได้เพิ่มประสิทธิภาพขึ้นเป็น 4 คิวบิตในภายหลัง การทำเช่นนี้ไม่ได้เพิ่มขีดความสามารถของสมองกลขึ้นอีกเท่าตัว แต่ถือเป็นการเพิ่มแบบยกกำลังเลยทีเดียว”

นักวิทยาการคอมพิวเตอร์บางคนเปรียบเทียบว่า การประมวลผลแบบควอนตัมนั้นเหมือนกับการที่เราสามารถเดินไปตามเส้นทางต่าง ๆ ที่ซับซ้อนในเขาวงกตได้พร้อมกันหลายเส้นทางในขณะเดียว

นอกจากนี้ อนุภาคที่เป็นหน่วยข้อมูลพื้นฐานของควอนตัมคอมพิวเตอร์ยังสามารถส่งอิทธิพลถึงกันได้ แม้จะไม่ได้สัมผัสหรือเชื่อมต่อกันทางกายภาพก็ตาม ซึ่งปรากฏการณ์นี้เป็นไปตามหลักการความพัวพันเชิงควอนตัม (Quantum entanglement) ที่ทำให้เกิดการคำนวณอย่างก้าวกระโดดได้

มุ่งค้นคว้าหาความเสถียร

อย่างไรก็ตาม หน่วยพื้นฐานของข้อมูลในควอนตัมคอมพิวเตอร์หรือคิวบิตนั้นมีความเสถียรต่ำ อาจถูกรบกวนจากแหล่งพลังงานภายนอกได้ทุกเมื่อ จนเกิดความผิดพลาดในการประมวลผลได้


สำหรับปัญหานี้ยักษ์ใหญ่อย่างไอบีเอ็มเชื่อว่า เทคโนโลยี Transmon ซึ่งลดระดับความอ่อนไหวของคิวบิตนำไฟฟ้ายิ่งยวด (Superconducting qubits ) ไม่ให้ถูกรบกวนจากพลังงานภายนอกได้โดยง่าย น่าจะเป็นทางออกที่มีความเป็นไปได้มากที่สุดในเรื่องนี้ โดยปัจจุบันไอบีเอ็มได้พัฒนาชิปประมวลผลต้นแบบในลักษณะนี้แล้วถึง 3 แบบด้วยกัน

ล่าสุดไอบีเอ็มเปิดให้บุคคลทั่วไปสามารถเข้าใช้งานควอนตัมคอมพิวเตอร์ของตนซึ่งอยู่ในระบบคลาวด์ได้ โดยปัจจุบันมีผู้เข้าใช้งานแล้วกว่า 94,000 คน โดยใช้ทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์ต่าง ๆ ไปกว่า 5 ล้านครั้ง และเกิดผลงานเป็นบทความวิชาการทั้งสิ้น 110 ชิ้น

แต่ข้อเสียของควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ไอบีเอ็มพัฒนาขึ้นนี้ อยู่ที่การมีขนาดใหญ่เทอะทะและต้องเก็บรักษาในตู้ทำความเย็นขนาดใหญ่ให้อุณหภูมิอยู่ในระดับศูนย์สัมบูรณ์ตลอดเวลา ซึ่งต้องใช้พลังงานมหาศาลและยากที่จะทำให้คอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลงอีกได้

ศ. โจเซฟ ฟิตซ์ไซมอน จากศูนย์เทคโนโลยีควอนตัมของมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์มองว่า “แม้จะเป็นไปได้ว่า เทคโนโลยีคิวบิตนำไฟฟ้ายิ่งยวดของไอบีเอ็มจะเป็นรายแรก ๆ ที่ถูกนำออกใช้งานในวงกว้างได้จริง แต่ดูไปแล้วก็คล้ายกับหลอดสุญญากาศที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ยุคแรกเริ่ม มากกว่าจะคล้ายกับทรานซิสเตอร์ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นในภายหลัง”

นอกจากไอบีเอ็มแล้ว ไมโครซอฟท์และนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันนีลส์บอร์ของเดนมาร์ก ก็กำลังร่วมกันคิดค้นคิวบิตที่มีความเสถียรด้วยอนุภาค Majorana บางทีมวิจัยบุกเบิกวิธีกักคิวบิตเอาไว้ในซิลิคอน ส่วนทีมวิจัยของมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดกำลังมองหาวิธีเชื่อมต่อควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีคิวบิตหน่วยเล็ก ๆ เข้าด้วยกัน แทนการคิดค้นคอมพิวเตอร์ที่มีคิวบิตจำนวนมากในเครื่องเดียว

คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมยังมีอนาคตอยู่หรือไม่?

เมื่อเดือน ก.ค. ที่ผ่านมา Ewin tang นักศึกษาวิจัยระดับปริญญาเอกวัย 18 ปี จากมหาวิทยาลัยเทกซัสวิทยาเขตออสตินของสหรัฐฯ ได้สร้างความฮือฮา ด้วยการคิดค้นอัลกอริทึมที่ทำให้คอมพิวเตอร์ธรรมดาคิดแก้ปัญหาได้รวดเร็วทัดเทียมกับควอนตัมคอมพิวเตอร์

อัลกอริทึมดังกล่าวจัดว่าเป็นแบบดั้งเดิมที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ทั่วไป ซึ่งสามารถสร้างสมองกลที่ให้คำแนะนำเกี่ยวกับสินค้าโดยประมวลผลจากข้อมูลของผู้บริโภคได้

ศ. สกอตต์ แอรอนสัน ซึ่งเป็นอาจารย์ที่ปรึกษาของ Ewin tang มองว่า ผลงานที่น่าทึ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าการพัฒนาประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมยังคงไม่ถึงทางตัน และสามารถจะไปต่อได้ แม้หลายฝ่ายจะหันไปมุ่งพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์กันแล้วก็ตาม ดังเช่นที่สหภาพยุโรปกำลังพัฒนา Exascale คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมรุ่นใหม่ที่สามารถคำนวณได้เร็วถึงพันล้านพันล้านครั้ง ( 10 ยกกำลัง 18 ) ต่อวินาที

“คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมยังคงพัฒนาไปได้อีก แต่ถ้านำเอาประสิทธิภาพของ Exascale ไปเทียบกับควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ประมวลผลได้เร็วถึง 10 ยกกำลัง 1,000 ครั้งต่อวินาทีแล้ว ก็ถือว่ายังห่างไกลกันมาก” ศ. แอรอนสันกล่าว