รู้จัก “Quantum Computing” เทคโนโลยีที่จะมาเปลี่ยนแปลงโลกของเราในอนาคตอันใกล้นี้

อะไรที่ทำให้ Quantum Computing แตกต่างจากการประมวลผลแบบ “คลาสสิก” ?

Quantum Computing นั้นมีประวัติความเป็นมาอันยาวนาน ทั้งยังมีความเชื่อมโยงกับฟิสิกส์เชิงทฤษฎี (Theoretical Physics) อย่างเหนียวแน่น โดยเฉพาะกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum Mechanics) และหลังจากนั้นก็ได้มีการการวิจัยและพัฒนาสืบทอดต่อๆ กันมาเป็นเวลาหลายทศวรรษโดยนักฟิสิกส์และวิศวกร ซึ่งในขณะนี้เรามีเครื่องไม้เครื่องมือไม่มากนัก แต่มีแนวโน้มว่าเครื่องมือที่ทำหน้าที่เป็นแบบจำลอง อาจจะกลายเป็นอุปกรณ์สำคัญสำหรับ Quantum Computer ในอนาคตอันใกล้นี้

คอมพิวเตอร์ที่เรารู้จักกันดีนั้นส่วนใหญ่ก็มีตั้งแต่คอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ (Desktop) ขนาดใหญ่ไปจนถึง iPhone X ซึ่งพวกมันต่างก็มีการทำงานในลักษณะเดียวกันโดยที่ไม่ต้องคำนึงถึงเรื่องของพลังงานหรือขนาดของพวกมัน ซึ่งคอมพิวเตอร์แบบปกติทั่วไปนั้นจะดำเนินการโดยการเก็บข้อมูลเป็นบิต (bit) ที่โดยทั่วไปจะอยู่ในรูปของ 0 หรือ 1

แต่เนื่องจากการคำนวณจะแสดงออกในรูปแบบของความสัมพันธ์แบบเชิงเส้น (Linear) – โดยการสำรวจความเป็นไปได้ในแต่ละครั้งนั้นจะมีการสำรวจตามลำดับ (Explored Sequentially) ซึ่งคอมพิวเตอร์เหล่านี้จำเป็นที่จะต้องใช้เวลาในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน ในขณะที่ Quantum Computer สามารถทำการคำนวณหลายๆ อย่างพร้อมกันได้ รวมทั้งยังสร้างผลลัพธ์ในอัตราที่เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปอย่างเทียบกันไม่ติดเลยทีเดียว

Quantum Computer แตกต่างจากคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมในแง่ที่ว่า พวกมันมีหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง กล่าวคือ ในโลกที่มีอนุภาพที่เล็กกว่าอะตอม (Subatomic World) จะมีบางปรากฏการณ์ที่แปลกและ “ขัดกับสามัญสำนึก” (Counterintuitive) ซึ่งจะไม่มีปรากฏให้เห็นในโลกแห่งวัตถุ

ยกตัวอย่างเช่น อนุภาคย่อยของอะตอม ที่เรียกว่า โฟตอน (Photon) จะมีพฤติกรรมที่เป็นทั้งอนุภาค (Particle) และเป็นคลื่น (Wave) มันสามารถอยู่ในสถานะที่มากกว่าหนึ่งสถานะในเวลาเดียวกันได้อย่างไร? เพิ่มความคิดที่ซับซ้อนเข้าไปอีกนั่นก็คือ คุณสมบัติทางกายภาพของอนุภาคย่อยของอะตอม (Subatomic Particle) นั้นไม่มีตัวตน นอกเสียจากว่าพวกเขาจะถูกสังเกตโดยตรง (Directly Observed) ในขณะเดียวกัน “การพัวพันในเชิงควอนตัม” หรือ Quantum Entanglement ก็ได้มีการอธิบายถึงวิธีที่อนุภาคสามารถสื่อสารซึ่งกันและกัน โดยไม่ต้องผ่านตัวกลาง แม้ว่าอนุภาคทั้งสองจะอยู่ห่างไกลกันแค่ไหนก็ตาม 

แน่นอนว่าหลักการเหล่านี้มันยากที่จะโน้มน้าวจิตใจของคุณให้เชื่อในเรื่องดังกล่าวได้ แม้แต่นักฟิสิกส์อย่าง Richard Feynman ที่ได้รับรางวัลโนเบล ยังได้เคยกล่าวไว้ว่า “ฉันคิดว่า ฉันสามารถพูดได้เลยว่าไม่มีใครเข้าใจกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum Mechanics)”

แต่ไม่ว่าพวกเขาจะทำให้คุณรู้สึกอย่างไรก็ตาม นักวิจัยก็ได้พยายามสร้างลักษณะทางกายภาพของคุณสมบัติเหล่านี้ในเครื่องมือที่เราเรียกกันว่าคอมพิวเตอร์เชิงควอนตัม (Quantum Computer)

Quantum Computer ทำงานอย่างไร?

ในขณะที่คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิคจะมีหน่วยย่อยที่สุดของข้อมูลที่เรียกว่า บิต (Bit) ส่วนคอมพิวเตอร์เชิงควอนตัมจะมีหน่วยประมวลผลที่เรียกว่า คิวบิต (Qubit) ซึ่งย่อมาจากควอนตัมบิต (Quantum bit) นั่นเอง

โดยคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิคจะแทนค่าข้อมูลด้วย Bit ที่ประกอบด้วยค่า 1 หรือ 0 ทีละตัว แต่คอมพิวเตอร์เชิงควอนตัมจะใช้คุณสมบัติของคิวบิตที่สามารถประมวลผลค่า 1 และ 0 ได้ในเวลาเดียวกัน หรือสิ่งที่นักฟิสิกส์เรียกกันว่า “การซ้อนทับของควอนตัม (Quantum Superposition) ด้วยค่า 1 และ 0” ซึ่งคิวบิตที่ว่านี้สามารถมีค่าได้ทั้งสองสถานะพร้อมๆ กัน

นี่ไม่ได้เป็นการกล่าวตรงๆ ว่าคิวบิตนั้นมีค่าเป็นทั้ง 1 และ 0 ได้ในเวลาเดียวกัน – แต่ก็คงไม่ใช่เรื่องที่ผิด อย่างไรก็ตามมันจะปรากฏในรูปแบบที่ชัดเจนก็ต่อเมื่อถูกเราสังเกตแล้วเท่านั้น เมื่อสถานะซ้อนทับที่เรียกว่า Superposition ถูกรบกวนจากภายนอกก็จะเกิดการยุบตัวของสถานะ (Collapses) ซึ่งคุณก็จะได้รับความน่าจะเป็นในการค้นพบความจริงที่มีค่าเป็น 1 หรือ 0 อย่างใดอย่างหนึ่ง แต่ในทางปฏิบัติแล้ววิธีนี้จะถูกนำมาใช้งานอย่างไร?

ยกตัวอย่างเช่น ในคอมพิวเตอร์ทั่วไป ถ้าเรามี 2 บิต เมื่อนำมารวมเข้าด้วยกันก็จะได้ตัวเลขเป็น 00, 01, 10 หรือ 11 และจะมีเพียงแค่หนึ่งสถานะจากสถานะเหล่านี้เท่านั้น ในช่วงเวลาหนึ่ง ส่วน Quantum Computer ที่มี 2 คิวบิต มันจะสามารถมีสถานะย่อยทั้งหมดที่เป็นไปได้ก็คือ 00, 01, 10 และ 11 ในเวลาเดียวกัน

เมื่อคิวบิตจำนวนมากทำงานควบคู่ไปกับขั้นตอนของการประมวลผล การรวมกันของสถานะที่สามารถมีอยู่ได้ในเวลาเดียวกันนั้นจะมีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ยกตัวอย่างเช่น ในเครื่องมือที่มี 3 คิวบิต เราจะได้ระบบที่อยู่ในสภาวะซ้อนทับของ 8 สถานะย่อย หรือหากเพิ่มเป็น 4 คิวบิต สถานะย่อยทั้งหมดที่เป็นไปได้ก็คือ 16 สถานะย่อย และหากเพิ่มจำนวนเป็น 32 คิวบิต สำหรับเครื่องมือที่แข็งแกร่งนั้น เราสามารถที่จะมีสถานะย่อยที่เป็นไปได้รวมทั้งหมดถึง 4.3 พันล้านสถานะย่อย ในเวลาเดียวกัน

-ขอบคุณข้อมูล https://www.quickserv.co.th/