เมื่อไม่นานมานี้ ข้อจำกัดของคอมพิวเตอร์คลาสสิกได้ผลักดันให้นักวิทยาศาสตร์พัฒนาคอมพิวเตอร์ประเภทใหม่ นั่นคือคอมพิวเตอร์ควอนตัม คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้คิวบิตแทนบิตคลาสสิก และสามารถคำนวณบางอย่างได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกมาก ข้อได้เปรียบนี้สามารถเปลี่ยนแปลงขอบเขตมากมายและทำให้ชีวิตของเราดีขึ้น ในบทความนี้ เราจะให้ภาพรวมของการคำนวณควอนตัม รวมถึงอุตสาหกรรมและสาขาต่างๆ ที่สามารถปฏิวัติได้ด้วยการคำนวณควอนตัม นอกจากนี้เรายังจะหารือเกี่ยวกับความท้าทายและความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีนี้ รวมถึงสิ่งที่จะเกิดขึ้นในอนาคต

ภายในของระบบคอมพิวเตอร์ IBM Quantum (เครดิต: ไอบีเอ็ม )
คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร?
คอมพิวเตอร์ก้าวหน้าไปมากนับตั้งแต่ทฤษฎีควอนตัมได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษปี ค.ศ. 1920 และคอมพิวเตอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้เครื่องแรก นั่นคือ Electronic Numerical Integrator and Computer ( ENIAC ) ถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2488 เครื่องจักรดังกล่าวเป็นเครื่องแรก"อัตโนมัติ ใช้งานทั่วไป อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ดิจิทัลแบบทศนิยม"ตามหนังสือของ Edwin D. Reilly เรื่อง "เหตุการณ์สำคัญในวิทยาการคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีสารสนเทศ" การคำนวณควอนตัมคืออะไรกันแน่? โดยสรุป มันเป็นเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่อย่างรวดเร็วซึ่งควบคุมกฎของกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อแก้ไขปัญหาที่ซับซ้อนในลักษณะที่มีประสิทธิภาพและทรงพลังมากกว่าคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก สำหรับปัญหาบางอย่าง ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ไม่ใช่ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ โดยแก่นแท้แล้ว การประมวลผลควอนตัมอาศัยการใช้บิตควอนตัม (qubits)เพื่อประมวลผลและจัดการข้อมูล แตกต่างจากบิตคลาสสิกซึ่งสามารถมีอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งเท่านั้น (0 หรือ 1) คิวบิตสามารถมีอยู่ในหลายสถานะพร้อมกันได้เนื่องจากปรากฏการณ์ของการซ้อนทับ ซึ่งช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถคำนวณหลายอย่างพร้อมกันได้ หลักการสำคัญอีกประการหนึ่งของการคำนวณควอนตัมคือการพัวพันซึ่งช่วยให้คิวบิตมีความสัมพันธ์ในลักษณะที่สถานะของคิวบิตหนึ่งสามารถส่งผลกระทบต่อสถานะของอีกอันหนึ่งได้ในทันที แม้ว่าพวกมันจะถูกแยกออกจากกันทางกายภาพก็ตาม ซึ่งช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานบางอย่างได้เร็วกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์มาก เช่น การแยกตัวประกอบตัวเลขจำนวนมาก การค้นหาผ่านฐานข้อมูลขนาดใหญ่ เป็นต้นคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร?
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้คิวบิตแทนบิตเพื่อเรียกใช้อัลกอริธึมควอนตัมหลายมิติ คิวบิตถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัวนำยิ่งยวด ซึ่งแสดงผลเชิงกลของควอนตัม เช่น คู่คูเปอร์ที่สามารถนำประจุผ่านฉนวนผ่านอุโมงค์ควอนตัม พฤติกรรมของคิวบิตสามารถควบคุมและจัดการได้โดยการยิงโฟตอนไมโครเวฟใส่พวกมัน คิวบิตสามารถวางอยู่ในสถานะซ้อนทับ ซึ่งแสดงถึงการรวมกันของการกำหนดค่าที่เป็นไปได้ทั้งหมดของคิวบิต กลุ่มของคิวบิตในการซ้อนทับสามารถสร้างพื้นที่การคำนวณที่ซับซ้อนซึ่งสามารถแสดงถึงปัญหาที่ซับซ้อนในรูปแบบใหม่ คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีขนาดเล็กกว่าและต้องการพลังงานน้อยกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ แต่ต้องมีความเย็นมาก ซึ่งทำได้โดยใช้ซูเปอร์ฟลูอิดที่ระบายความร้อนเป็นพิเศษ
แผนผังระยะใกล้ของคิวบิตตัวนำยิ่งยวดของ IBM รวมถึงมุมมองแบบซูมเข้าของจุดเชื่อมต่อโจเซฟสัน
สถานะปัจจุบันของคอมพิวเตอร์ควอนตัม
คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นสาขาที่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วซึ่งจะปฏิวัติวิธีการแก้ไขปัญหาที่ซับซ้อน บริษัทหลายแห่ง รวมถึง IBM, Google และ Rigetti ได้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมและใช้งานคอมพิวเตอร์เหล่านั้นแล้ว คอมพิวเตอร์เหล่านี้มีขนาดตั้งแต่ไม่กี่คิวบิตไปจนถึงมากกว่า 100 คิวบิต และแต่ละเครื่องมีสถาปัตยกรรมและชุดความสามารถเฉพาะตัวของตัวเอง- ในปี 2560 Rigetti ได้ประกาศเปิดตัว Forest 1.0 รุ่นเบต้าสาธารณะ ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรมแบบฟูลสแตกตัวแรกของโลกสำหรับการประมวลผลควอนตัม
- Sycamore ของ Google เป็นโปรเซสเซอร์ควอนตัมที่มี 53 คิวบิต ได้รับการพัฒนาในปี 2019 และอ้างว่าจะทำงานให้เสร็จสิ้นภายใน 200 วินาที ซึ่งต้องใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ระดับไฮเอนด์ 10,000 ปีจึงจะเสร็จสิ้น
- คอมพิวเตอร์ควอนตัม IBM Quantum System One เปิดตัวโดย IBM ในปี 2019 เช่นกัน ประกอบด้วยโปรเซสเซอร์ควอนตัมทรานส์มอนขนาด 20 คิวบิตที่อยู่ในระบบคอมพิวเตอร์ขนาด 2.7x2.7x2.7 เมตร สิ่งที่น่าสนใจคือ IBM ได้ประกาศเปิดตัวโปรเซสเซอร์ 'Osprey' ขนาด 433 คิวบิตที่งาน IBM Quantum Summit 2022
GO TO FULL VERSION