นักฟิสิกส์สร้างพิมพ์เขียว ‘ควอนตัมคอมพิวเตอร์’ แบบทรงพลังครั้งแรกของโลก

‘จะเกิดอะไรขึ้น ถ้าโลกเราไม่มีคอมพิวเตอร์’

คอมพิวเตอร์คือ อุปกรณ์สารพัดประโยชน์ที่มีหน่วยประมวลผลที่สามารถทำตามชุดคำสั่งที่เราป้อนเข้าไปได้ ส่งผลให้ทุกวันนี้คอมพิวเตอร์แฝงตัวอยู่ในข้าวของเครื่องใช้รอบตัวเรามากมาย ตั้งแต่โทรศัพท์มือถือ เครื่องซักผ้า จนถึงเครื่องชงกาแฟ รวมทั้งระบบงานต่างๆ ทั้งการจ่ายกระแสไฟฟ้า จนถึงการควบคุมสัญญาณไฟจราจร และการบินของเครื่องบิน นอกจากนี้มันยังทำให้เราเข้าถึงโลกอีกใบที่เรียกว่า อินเทอร์เน็ต ที่เชื่อมต่อโลกทั้งใบให้เป็นหนึ่งเดียวได้ด้วย

คงไม่ผิดนักที่จะกล่าวว่า คอมพิวเตอร์เข้ามาปฏิวัติอารยธรรมมนุษย์จนเราแทบนึกไม่ออกเลยว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าตอนนี้โลกเราไม่มีคอมพิวเตอร์อีกต่อไป

แต่เชื่อไหมครับว่าก่อนที่คอมพิวเตอร์จะเข้ามาอยู่ในชีวิตประจำวันของเราอย่างทุกวันนี้ แต่ก่อนมันเคยมีลักษณะเหมือนเครื่องจักรที่ดูน่ากลัว และมีขนาดใหญ่พอๆ กับตู้เสื้อผ้าหลายๆ ตู้เรียงกัน ซึ่งไม่น่าแปลกใจเพราะเทคโนโลยีในยุคนั้นยังไม่สามารถสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ให้มีขนาดเล็กได้

เครื่องคอมพิวเตอร์รุ่นแรกๆ ของโลกที่มีชื่อว่า อีนิแอก (ENIAC)

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าคอมพิวเตอร์ทั้งหมดบนโลกใบนี้จะกลายเป็นของโบราณล้าสมัยเหมือนอุปกรณ์ในยุคหินไปเลยเมื่อเทียบกับสิ่งประดิษฐ์ที่เรียกว่า ควอนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum Computer)

คอมพิวเตอร์ทุกวันนี้ใช้ทรานซิสเตอร์เป็นตัวเก็บข้อมูล ซึ่งจะเก็บข้อมูลไว้ในรูปแบบ 0 กับ 1 เรียกว่า บิต (bit) แต่ควอนตัมคอมพิวเตอร์จะใช้หลักการทางควอนตัมที่เรียกว่า ซูเปอร์โพสิชัน (superposition) ในการเก็บข้อมูล ซึ่งจะทำให้สถานะ 0 กับ 1 ถูกเก็บไว้ในสถานะผสม ที่เรียกว่า คิวบิต (qubit) ได้

กล่าวโดยสรุปได้ว่า วิธีเก็บข้อมูลของควอนตัมคอมพิวเตอร์นั้นแตกต่างจากคอมพิวเตอร์ปัจจุบันอย่างมาก ซึ่งความแตกต่างในเรื่องพื้นฐานของการเก็บข้อมูลนี้เองที่ทำให้ควอนตัมคอมพิวเตอร์มีพลังการคำนวณมากกว่าคอมพิวเตอร์ปกติอย่างมากมายมหาศาล

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหากควอนตัมคอมพิวเตอร์ถูกสร้างขึ้นสำเร็จ มันจะเข้ามาปฏิวัติวิถีชีวิตมนุษย์อีกครั้งเหมือนที่คอมพิวเตอร์เคยทำมาแล้ว!

ล่าสุดในเดือนกุมภาพันธ์ปีนี้ นักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศนำโดย วินฟรีด เฮนซิงเกอร์ (Winfried Hensinger) นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยซัสเซ็กซ์ (University of Sussex) ร่วมกันวิจัยเพื่อเขียนพิมพ์เขียวของควอนตัมคอมพิวเตอร์ขึ้นมาเป็นครั้งแรกของโลก แต่พิมพ์เขียวดังกล่าวอาศัยเทคโนโลยีในยุคปัจจุบันในการสร้างทำให้มันมีขนาดใหญ่กว่าสนามฟุตบอลเสียอีก อีกทั้งยังต้องใช้เงินในการสร้างถึง 126 ล้านเหรียญสหรัฐ!

งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances ซึ่งมีความน่าเชื่อถือสูง พวกเขาระบุว่ามันสามารถถูกสร้างได้จริงและจะสามารถแก้ปัญหาหลายประการที่คอมพิวเตอร์ในยุคปัจจุบันแก้ไม่ได้ เช่น สามารถแยกตัวประกอบจำนวนที่มีขนาดใหญ่มากๆ

ตัวต้นแบบของส่วนจับไอออนที่ใช้เก็บข้อมูลของควอนตัมคอมพิวเตอร์

เฮนซิงเกอร์เสนอให้ใช้การจับไอออนจำนวน 2,500 อนุภาคด้วยสนามแม่เหล็กเป็นตัวเก็บข้อมูลจำนวนมาก (qubits) โดยระบบดังกล่าวจะถูกป้องกันไม่ให้เกิดการรบกวนใดๆ จากสภาพแวดล้อม จากนั้นแทนที่จะใช้แสงเลเซอร์เดี่ยวๆ จำนวนมากในการควบคุมไออนซึ่งเป็นเรื่องยุ่งยากซับซ้อนในเชิงวิศวกรรม ทีมวิจัยเสนอการใช้คลื่นไมโครเวฟซึ่งจะแผ่ไปทั่วคอมพิวเตอร์แทน และใช้ไนโตรเจนเหลวเพื่อรักษาอุณหภูมิคอมพิวเตอร์ไม่ให้สูงเกินไป

ควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ถูกสร้างด้วยวิธีนี้จะสามารถแยกตัวประกอบของจำนวนที่มากถึง 617 หลักได้ (ซึ่งคอมพิวเตอร์ทุกวันนี้ยังทำไม่ได้) แต่ต้องใช้ไอออนมากถึง 2 พันล้านอนุภาค และใช้เวลาถึง 110 วัน เพื่อแก้ปัญหานี้ จริงๆ ในทางทฤษฎีไม่จำเป็นต้องใช้อนุภาคมากถึงขนาดนี้ แต่หากคำนึงถึงความผิดพลาดที่เกิดจากเทคโนโลยีการจับไอออนในปัจจุบันทำให้ต้องใช้อนุภาคมากถึง 2 พันล้านอนุภาค แต่หากเทคโนโลยีนี้มีความแม่นยำขึ้น ในอนาคตขนาดของควอนตัมคอมพิวเตอร์อาจเล็กลงจนใส่ไว้ในห้องๆ เดียวได้

เครื่องจักรถอดรหัสของ อลัน ทัวริง

ฟังดูแล้วหลายคนอาจคิดว่าเหนื่อยเปล่าและลงทุนมากเกินไป เพราะต้องสร้างเครื่องจักรขนาดใหญ่มหึมา อีกทั้งยังใช้เวลานานหลายเดือนกว่าจะไขปัญหาบางอย่างออก แต่อย่าลืมว่าสมัยที่ อลัน ทัวริง (Alan Turing) อัจฉริยะชาวอังกฤษผู้ประดิษฐ์เครื่องจักรที่ใช้ไขรหัสอีนิกมาในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 นั้น เครื่องจักรดังกล่าวก็มีขนาดใหญ่และใช้เวลานานไม่น้อยเมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์ทุกวันนี้

แต่แนวคิดของเขาได้กลายเป็นต้นแบบสำคัญของคอมพิวเตอร์ที่เราใช้กันทุกวันนี้มาแล้ว

อ้างอิง:

– http://www.nature.com/news/physicists-propose-football-pitch-sized-quantum-computer-1.21423

– http://advances.sciencemag.org/content/3/2/e1601540