สิ่งที่เรียนรู้จากงาน “Quantum Computer เทคโนโลยีเปลี่ยนโลก”
สรุปจากงาน “Quantum Computer เทคโนโลยีเปลี่ยนโลก” บรรยายโดย คุณจิรวัฒน์ ตั้งปณิธานนท์ หรือ ‘ทิว’ นักศึกษาปริญาตรี-โท ด้านฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ปัจจุบันเรียนปริญญาเอก สาขาฟิสิกส์ทฤษฎี ที่ศูนย์เทคโนโลยีควอนตัม (CQT) มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (NUS)
กฎของมัวร์(Moore’s law)
คือกฎที่อธิบายว่าคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันที่มีพื้นฐานจาก ทรานซิสเตอร์ (Transistor) นั้น จะมีประสิทธิภาพในการทำงานเพิ่มขึ้นเท่าตัว ในเวลาทุกๆ 2 ปี โดยมาจากการลดขนาดของทรานซิสเตอร์ และเพิ่มจำนวน แต่ปัจจุบันเราเข้าใกล้ขีดจำกัดของการเพิ่มประสิทธิภาพแล้ว คือเมื่อทรานซิสเตอร์เล็กถึงจุดๆหนึ่ง จนขนาดเข้าใกล้อะตอมและทำให้ความเสถียรลดลง จึงไม่สามารถใช้กฏเดิมอธิบายได้อีก จึงมีการพัฒนาระบบคอมพิวเตอร์แบบใหม่ขึ้นโดยใช้พื้นฐานจากควอนตัม (Quantum)
การจะทำความรู้จักกับควอนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum Computer) ที่เป็นสิ่งใหม่นั้น คุณต้องลืมสิ่งที่รู้เกี่ยวกับคอมพิวเตอร์แบบเดิม (Classic Computer) ไปเสียก่อน
ขีดจำกัดของคอมพิวเตอร์
- Classic Computer คือการลดขนาด โดยลดขนาดทรานซิสเตอร์ลงเรื่อยๆจนไม่สามารถลดขนาดลงและรักษาความเสถียรได้ เพราะอิเล็กตรอน(electron) บางส่วนลอดผ่านอุโมงค์ควอนตัม(Quantum Tunnelling)[1] ไปสัมผัสกับทรานซิสเตอร์ตัวอื่น ทำให้ค่าของ bit ไม่เสถียร จึงไม่สามารถนำไปใช้ได้
- Quantum Computer คือการเพิ่มขนาด โดยเพิ่มจำนวนคิวบิทขึ้นเรื่อยๆจนไม่สามารถเพิ่มจำนวนและรักษาความเสถียรได้
การเก็บข้อมูลของคอมพิวเตอร์
- Classic Computer จำข้อมูลในลักษณะบิท (bit) ซึ่งเก็บค่าเป็น 0 หรือ 1
- Quantum Computer จำข้อมูลในลักษณะคิวบิท (qubit) ซึ่งมาจากหลักการของ quantum superposition[2] คือข้อมูลที่เก็บไว้สามารถเป็นได้ทั้ง 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน
คิวบิทสามารถเป็นทั้ง 0 และ 1 ได้ จะนำค่าใดมาใช้
การวัดค่าใช้หลักการของ Quantum Entanglement[3][4] คือไม่สามารถวัดค่าตรงๆ แต่จะวัดออกมาเป็นค่าเฉลี่ยของกลุ่มแทน ซึ่งค่าที่จะนำมาใช้จะเป็นค่า ณ เวลาที่เราใช้อ้างอิง (คล้ายๆการจับภาพหน้าจอวีดีโอขณะกำลังเล่นอยู่แล้วนำภาพนั้นมาใช้)
ควอนตัมคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน
ปัจจุบันต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิ -273°C เพื่อให้มีความเสถียร ยังมีขนาดน้อยกว่า 10 คิวบิท และยังไม่เสถียรมากนัก การสร้างคิวบิทจะใช้เลเซอร์ยิงอะตอมจากทุกทิศทางเพื่อให้อะตอมอยู่นิ่งและห่างจากอะตอมอื่นพอสมควร จากนั้นวัดค่าพลังงานของอะตอมนั้นออกมาเป็น 0 หรือ 1 แต่วิธีการสร้างคิวบิทแบบนี้จะเพิ่มจำนวนคิวบิทได้ยาก จึงมีสร้างในรูปแบบอะตอมเทียมแทน
การใช้งานควอนตัมคอมพิวเตอร์
ควอนตัมคอมพิวเตอร์สามารถเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ตได้ ดังนั้นจึงใช้งานได้ในลักษณะเดียวกับคลาวด์คอมพิวติ้ง (Cloud Computing) ใช้ในการคำนวนเป็นหลัก
- Quantum Assist ช่วยในการทำงานเดิมๆ (routine)
- Fully Quantum ใช้อัลกอริทึมสำหรับทำงานบนควอนตัมคอมพิวเตอร์ เนื่องจากคิวบิทจะมีค่าที่ไม่แน่นอนการทำงานของโปรแกรมแต่ละครั้งจะได้ผลลัพธ์ที่ไม่เท่ากัน จึงใช้หลักการของสถิติคำนวณหาผลลัพธ์อีกที
เมื่อได้ผลลัพธ์แล้วนำมาเก็บใส่ฮาร์ดดิสก์ (Hard Disk) ซึ่งมีความเสถียรมากกว่า
สู่โลกอนาคต Quantum revolution
- First revolution ไม่สามารถควบคุมอะตอมได้
- Second revolution สามารถควบคุมอะตอมได้
การสื่อสารเชิงควอนตัม[4][5] มีความปลอดภัยในการสื่อสารสูง แฮกได้ยากเพราะคุณสมบัติพิเศษของควอนตัมคือความไม่แน่นอน
การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับควอนตัมคอมพิวเตอร์
- Quantum Physics
- Quantum Tunnelling [1]
- Quantum Entanglement [3]
- Deutsch–Jozsa Algorithm [6]
- Q#
วีดีโอบันทึกการบรรยาย
ควอนตัมคอมพิวเตอร์เป็นเรื่องที่ใหม่และตัวผู้เขียนยังไม่มีความเชี่ยวชาญ หากมีส่วนหนึ่งส่วนใดผิดพลาด แนะนำด้วยครับ
อ้างอิง
[1] https://medium.com/@sikarinyookong/อุโมงค์ควอนตัม-quantum-tunnelling-f760daee2cc8
[2] https://www.blognone.com/node/82946
[3] https://th.wikipedia.org/wiki/ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์
[4] https://medium.com/@aorjoa/quantum-entanglement-และการ-teleportation-เท่าที่รู้-23ed8cfd837d
[5] https://thestandard.co/quantum-computer-2/
[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Deutsch%E2%80%93Jozsa_algorithm
