อธิบาย: อำนาจสูงสุดของควอนตัมคืออะไร?

อำนาจสูงสุดของควอนตัมเป็นเหตุการณ์สำคัญที่แสวงหามานานในด้านคอมพิวเตอร์ และตอนนี้ Google ได้ประกาศว่าบรรลุแล้ว ดูวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังแนวคิดนี้ และสิ่งที่ประสบความสำเร็จจริงๆ และจำนวนที่เหลืออยู่

ส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ Google ในห้องทดลองซานตาบาร์บารา แคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา (ภาพโดย Reuters)

ในสัปดาห์นี้ Google ได้ประกาศว่าได้บรรลุความก้าวหน้าที่เรียกว่า อำนาจสูงสุดของควอนตัม ในการคำนวณ หมายความว่าอย่างไร และเหตุใดจึงสำคัญ

ดังนั้นอำนาจสูงสุดของควอนตัมคืออะไร?

เป็นคำที่เสนอในปี 2555 โดย John Preskill ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ California Institute of Technology อธิบายถึงจุดที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำสิ่งที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถทำได้ ในกรณีของ Google นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บาราอ้างว่าได้พัฒนาโปรเซสเซอร์ที่ใช้เวลา 200 วินาทีในการคำนวณซึ่งจะใช้เวลาคอมพิวเตอร์คลาสสิกถึง 10,000 ปี

แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร?

คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมของเราทำงานบนพื้นฐานของกฎของฟิสิกส์คลาสสิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยใช้กระแสไฟฟ้า ในทางกลับกัน คอมพิวเตอร์ควอนตัมพยายามที่จะใช้ประโยชน์จากกฎหมายที่ควบคุมพฤติกรรมของอะตอมและอนุภาคย่อย ในระดับเล็กๆ นั้น กฎฟิสิกส์คลาสสิกจำนวนมากหยุดใช้ และกฎเฉพาะของฟิสิกส์ควอนตัมก็เข้ามามีบทบาท

การพัฒนาคอมพิวเตอร์ดังกล่าวเป็นเป้าหมายของนักวิทยาศาสตร์มาเกือบสี่ทศวรรษแล้ว ในปี 1981 นักฟิสิกส์ Richard Feynman เขียนว่า: การพยายามค้นหาแบบจำลองทางฟิสิกส์ด้วยคอมพิวเตอร์ ดูเหมือนว่าสำหรับฉันแล้วจะเป็นโปรแกรมที่ยอดเยี่ยมที่น่าติดตาม… ธรรมชาติไม่คลาสสิก… และถ้าคุณต้องการสร้างแบบจำลองของธรรมชาติ คุณควรจะดีกว่า ทำให้เป็นเครื่องจักรควอนตัม และด้วยความโง่เขลา มันเป็นปัญหาที่ยอดเยี่ยม เพราะมันดูไม่ง่ายนัก

การจำลองดังกล่าวจะสร้างความแตกต่างอะไรได้?

มันเกี่ยวกับความเร็วในการประมวลผล ให้เราดูว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกประมวลผลข้อมูลอย่างไร บิตของข้อมูลจะถูกจัดเก็บเป็น 0 หรือ 1 ทุกสตริงของตัวเลขดังกล่าว (บิตสตริง) แสดงถึงอักขระหรือคำสั่งที่ไม่ซ้ำกัน ตัวอย่างเช่น 01100001 แสดงถึงตัวพิมพ์เล็ก a.

ในคอมพิวเตอร์ควอนตัม ข้อมูลจะถูกเก็บไว้ในควอนตัมบิตหรือคิวบิต และควิบิตสามารถเป็นได้ทั้ง 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน ฟิสิกส์ควอนตัมเกี่ยวข้องกับแนวคิดที่แม้แต่นักฟิสิกส์อธิบายว่าแปลก ฟิสิกส์ควอนตัมไม่เหมือนกับฟิสิกส์คลาสสิกที่วัตถุสามารถดำรงอยู่ได้ในที่เดียวในคราวเดียว ฟิสิกส์ควอนตัมจะพิจารณาความน่าจะเป็นของวัตถุที่จุดต่างๆ การมีอยู่ในหลายสถานะเรียกว่าการทับซ้อน และความสัมพันธ์ระหว่างสถานะเหล่านี้เรียกว่าการพัวพัน

ยิ่งจำนวน qubits สูง ปริมาณข้อมูลที่เก็บไว้ในนั้นยิ่งสูงขึ้น เมื่อเทียบกับข้อมูลที่จัดเก็บในจำนวนบิตเท่ากัน ข้อมูลในหน่วย qubits จะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ นั่นคือสิ่งที่ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพมาก อย่างไรก็ตาม ตามที่ Preskill ของ Caltech เขียนไว้ในปี 2012 การสร้างฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่เชื่อถือได้นั้นเป็นสิ่งที่ท้าทายเนื่องจากความยากลำบากในการควบคุมระบบควอนตัมอย่างแม่นยำ

Sundar Pichai กับหนึ่งในคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ Google ในห้องทดลองซานตาบาร์บารา แคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา (ภาพโดย Reuters)

นั่นคือสิ่งที่ Google ได้รับหรือไม่

นักวิจัยได้สาธิตความสามารถของคอมพิวเตอร์ควอนตัม พวกเขาสร้างสถาปัตยกรรม 54 คิวบิตด้วย Sycamore ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ Google ในขณะที่หนึ่งในนั้นไม่ได้ทำงาน อีก 53 qubits ถูกพัวพันกับสถานะการทับซ้อน

ทีมงานได้สุ่มลำดับการดำเนินการประมาณ 1,000 ครั้ง แต่ละครั้งที่พวกเขารันอัลกอริทึมแบบสุ่มนี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะสร้างบิตสตริง

ตอนนี้ บิตสตริงบางอันมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากกว่าบิตสตริงอื่นๆ และเป็นไปได้ที่จะระบุได้ว่าบิตสตริงใดมีแนวโน้มมากกว่า อย่างไรก็ตาม ยิ่งวงจรควอนตัมสุ่มซับซ้อนมากขึ้นเท่าไร คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกก็ยิ่งยากขึ้นในการระบุบิตสตริงที่น่าจะเป็นไปได้ และความยากลำบากก็เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ความสำเร็จสูงสุดเกิดขึ้นเมื่อพวกเขาแสดงให้เห็นว่าโปรเซสเซอร์ควอนตัมใช้เวลาเพียง 200 วินาทีในการคำนวณอัลกอริธึมสุ่มที่มีความซับซ้อนสูงในขณะที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดจะใช้เวลา 10,000 ปี Google กล่าวในอีเมล

อ่านเพิ่มเติม | อำนาจสูงสุดของควอนตัมในการคำนวณ: ทดสอบเสร็จแล้ว ใช้งานจริงได้ไกล

แล้วมันช่วยอะไรได้บ้าง?

ไม่มีเลย ในแง่ของการใช้งานจริง งานที่ดำเนินการไม่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเหตุการณ์สำคัญนี้ อีเมลจาก Google กล่าวว่าเหตุการณ์สำคัญเกิดขึ้นตั้งแต่แรก โดยอ้างถึงพี่น้องตระกูล Wright ว่าเป็นการเปรียบเทียบ: เพื่อให้พวกเขาแสดงให้เห็นว่าการบินเป็นไปได้ ไม่สำคัญว่าเครื่องบินจะมุ่งหน้าไปที่ใด ขึ้นและลงที่ใด แต่สามารถบินได้เลย

ทุกคนมั่นใจ?

IBM ได้โต้แย้งคำยืนยันของ Google ว่าการคำนวณควอนตัมไม่สามารถทำได้โดยคอมพิวเตอร์แบบเดิม ในบล็อกโพสต์ IBM อ้างว่าการคำนวณที่อธิบายโดยนักวิจัยของ Google สามารถทำได้โดยใช้คอมพิวเตอร์ที่มีอยู่ภายในเวลาไม่ถึงสองวันครึ่ง ไม่ใช่ 10,000 ปี

อนึ่ง IBM เองอ้างว่ามีความก้าวหน้าในการคำนวณควอนตัมในวันพฤหัสบดี นักวิจัยได้ค้นพบความก้าวหน้าในการควบคุมพฤติกรรมควอนตัมของอะตอมแต่ละตัว ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการสร้างบล็อคใหม่เอนกประสงค์สำหรับการคำนวณควอนตัม IBM กล่าวในเว็บไซต์ บทความนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Science การวิจัยของ Google ปรากฏใน Nature

อย่าพลาดจาก อธิบาย | Dushyant Chautala: แก่เกินอายุ 'พระพุทธเจ้า' อายุ 31 ปีคนนี้เชื่อมต่อกับทุกคน

อะไรต่อไป?

นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีปรับปรุงการทำงาน รวมถึงการตรวจหาและแก้ไขข้อผิดพลาด มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บาราตั้งข้อสังเกตว่าการวิจัยได้บรรลุเครื่องมือที่แท้จริงในการสร้างตัวเลขสุ่ม ตัวเลขสุ่มอาจมีประโยชน์ในด้านต่างๆ รวมถึงการปกป้องคีย์ที่เข้ารหัสสำหรับการถอดรหัส ซึ่งอาจเป็นปัญหาที่ยุ่งยากสำหรับรัฐบาล

วันหนึ่งคอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจส่งผลให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ในบรรดาพื้นที่ที่ยังคงได้รับคือปัญญาประดิษฐ์และการบำบัดด้วยยาใหม่ อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนั้นยังอีกยาวไกล

แบ่งปันกับเพื่อนของคุณ: