นักวิทยาศาสตร์เปิดเผยพิมพ์เขียวแรกที่ใช้สร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ได้จริง

ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติได้บอกว่าพวกเขาได้ทำพิมพ์เขียวสำหรับใช้สร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ทำงานได้จริงขึ้นเป็นครั้งแรก เป็นพิมพ์เขียวที่บอกวิธีสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่เท่าสนามฟุตบอล โดยมันสามารถแก้ไขปัญหาที่แก้ไม่ตกด้วยการใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบันได้แล้วด้วย

ควอนตัมคอมพิวเตอร์เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถในการประมวลผลหรือทำงานได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันหลายล้านเท่า เทคโนโลยีนี้ถูกสร้างเป็นทฤษฎีครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์รางวัลโนเบล Richard Feynman ในปี 1982 แม้ว่าควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ทำงานได้จริงยังไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมาเลย แต่มันก็ได้ถูกกำหนดให้เป็นสิ่งที่จะปฏิวัติการประมวลผลข้อมูลที่มากมายมหาศาลในอนาคต

ดิจิตอลคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานในปัจจุบันทำงานโดยหน่วยเล็กที่สุดคือบิท (bit) ซึ่งมีสถานะเป็น 1 หรือ 0 อย่างใดอย่างหนึ่ง การประมวลผลจะทำทีละคำสั่งตามสถานะของบิท แต่สำหรับควอนตัมคอมพิวเตอร์มีหน่วยเล็กที่สุดเรียกว่าคิวบิท (Qubit) ซึ่งมีสถานะเป็น 1 และ 0 พร้อมกันได้ (ตามหลักของกลศาสตร์ควอนตัม) หรืออยู่ระหว่าง 1 กับ 0 ได้ทุกๆค่า จะแบ่งซอยย่อยเป็นกี่พันกี่ล้านค่าก็ได้ ทำให้ควอนตัมคอมพิวเตอร์สามารถประมวลผลแบบขนานคือประมวลผลคำสั่งนับล้านคำสั่งได้ในคราวเดียว จึงทำงานได้เร็วกว่าดิจิตอลคอมพิวเตอร์หลายล้านเท่า

Winfried Hensinger หัวหน้าทีมวิจัยนานาชาติจากมหาวิทยาลัยซัสเซกซ์ ประเทศอังกฤษ กล่าวว่าการสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ได้จริงเป็นเรื่องสำคัญยิ่งใหญ่มาก “เหมือนเป็นจอกศักดิ์สิทธิ์แห่งวิทยาศาสตร์”

ด้วยความสามารถอันน่าพิศวงของควอนตัมคอมพิวเตอร์จะนำไปสู่สิ่งใหม่ๆ เช่น ยารักษาโรคชนิดใหม่ การแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่เคยมีคำตอบ หรือการพิสูจน์สิ่งลึกลับแห่งเอกภพ เป็นต้น

“ชีวิตจะเปลี่ยนไปโดยสิ้นเชิง เราสามารถทำในสิ่งที่เราไม่เคยแม้แต่คิดฝันมาก่อนได้” Hensinger กล่าว

ขณะที่นักวิทยาศาสตร์หลายทีมทั่วโลกกำลังแข่งขันกันสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ทำงานได้จริงเป็นเครื่องแรกกัน แต่ดูเหมือนจะไม่ค่อยคืบหน้าเท่าไร พวกเขาแทบจะไม่สามารถสร้างอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยคิวบิทเกิน 10 – 15 คิวบิทได้เลย ซึ่งนั่นไม่สามารถใช้ประโยชน์อะไรได้ ควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ทำงานได้จริงต้องมีคิวบิทจำนวนมาก อาจมากถึงหลายล้านคิวบิท

อุปสรรคสำคัญอย่างหนึ่งคือการเกิดดีโคฮีเรนซ์ (decoherence) หรือการที่คิวบิทสูญเสียพฤติกรรมเชิงควอนตัมกลายเป็นมีสถานะเป็น 1 หรือ 0 เท่านั้น

“ด้วยแนวคิดของเรา เรามีวิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดเหล่านี้ ทำให้เป็นไปได้ที่จะสร้างอุปกรณ์ขนาดใหญ่ได้” Hensinger กล่าว

พวกเขาใช้ไอออนหรืออะตอมที่มีประจุไฟฟ้าที่ถูกกักอยู่ในสนามแม่เหล็กเป็นคิวบิท พวกมันจะอยู่ในระบบของโมดูลสี่เหลี่ยมจตุรัสขนาดเท่ามือคนหลายพันโมดูล และโมดูลเหล่านี้สามารถจะแลกเปลี่ยนกันได้ สามารถทดแทนหรือเพิ่มเติมได้เท่าที่ต้องการ นั่นหมายถึงในทางทฤษฎีแล้วจะสามารถสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่เท่าที่ต้องการได้

แต่ละโมดูลจะประกอบด้วย 2,500 คิวบิทหรือมากกว่า และสนามแม่เหล็กจะปกป้องพวกมันจากการรบกวนและรักษาสถานะควอนตัมของพวกมันเอาไว้

เมื่อคอมพิวเตอร์เริ่มทำงาน ปฏิบัติการจะกระทำโดยปฏิกิริยาระหว่างไอออน สนับสนุนด้วยการจัดวางโมดูลให้สะดวกในการติดต่อสื่อสารซึ่งกันและกัน การออกแบบควอนตัมคอมพิวเตอร์ก่อนหน้านี้จะใช้สายใยแก้วนำแสง (Fiber Optic) ในการเชื่อมต่อแต่ละโมดูลเข้าด้วยกัน แต่ในพิมพ์เขียวของพวกเขาจะใช้สนามไฟฟ้าในการขนส่งไอออนจากโมดูลหนึ่งไปยังโมดูลอื่น

ด้วยวิธีนี้ทำให้ได้ความเร็วในการเชื่อมต่อระหว่างโมดูลเพิ่มขึ้นเป็น 100,000 เท่า และที่สำคัญยังทำให้คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง ไม่เหมือนกับวิธีอื่นที่ต้องใช้ตัวนำยิ่งยวดที่จะต้องทำให้เย็นจัดซึ่งเป็นไปได้ยากในทางปฏิบัติ

ความแตกต่างอีกอย่างหนึ่งคือเรื่องการให้คิวบิทอยู่ในตำแหน่ง วิธีการเดิมจะใช้เลเซอร์ควบคุม แต่พวกเขากลับใช้สนามคลื่นไมโครเวฟทั่วระบบคอมพิวเตอร์แทนเนื่องจากควบคุมได้ง่ายกว่า

ในขณะนี้พิมพ์เขียวก็พร้อมที่จะให้ทีมวิจัยไหนก็ได้นำไปใช้สร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ได้ สำหรับ Hensinger และทีมของเขาคาดหวังว่าจะสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ของพวกเขาเองให้เสร็จภายในสองปี

” นี่ไม่ใช่การศึกษาทางวิชาการอีกต่อไป มันคือวิศวกรรมทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ทำงานได้จริง” Hensinger กล่าว

ข้อมูลและรูปจาก sciencealert, independent


Leave a Reply

Your email address will not be published.