การปฏิวัติคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่กำลังจะมา

ลองนึกภาพคอมพิวเตอร์ที่ทำงานเกือบเร็วเท่ากับร่างกายมนุษย์และจัดเก็บข้อมูลทั้งหมด เช่น มนุษย์ บนสายดีเอ็นเอ นี่ไม่ใช่นิยายวิทยาศาสตร์ แต่เป็นข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์อย่างมาก เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ได้สาธิตวิธีการบันทึกข้อมูลลงใน DNA เมื่อเร็วๆ นี้ ในช่วงสองปีที่ผ่านมาชิปประมวลผลคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีความก้าวหน้าอย่างมากในโลกของเทคโนโลยีด้วยโปรเซสเซอร์ที่ใหญ่กว่าและดีกว่าที่สร้างขึ้นและในการทดลองใช้

กลศาสตร์ควอนตัมให้กฎพื้นฐานและพื้นฐานสำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม นี่คือสาขาวิทยาศาสตร์ที่อธิบายว่าอนุภาคย่อยมีพฤติกรรมและปฏิสัมพันธ์อย่างไร รวมถึงกฎหมาย ทฤษฎีและหลักการจากฟิสิกส์ควอนตัมที่อธิบายว่าปฏิสัมพันธ์ที่น่าเหลือเชื่อเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไรในด้านของ การคำนวณ

ทฤษฎีและกฎหมายเหล่านี้รวมถึงการหาปริมาณพลังงาน แพ็คเก็ตของพลังงานที่กำหนดเป็นควอนตัม การมีอยู่พร้อมกันของอนุภาคเป็นทั้งคลื่นและอนุภาคที่เรียกว่าความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่น หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ซึ่งบอกว่าการวัดยุบอนุภาคย่อยของอะตอมให้เป็นหนึ่งในสองสถานะที่เป็นไปได้ และหลักการโต้ตอบที่พัฒนาขึ้นโดยนักฟิสิกส์ Niels Bohr ซึ่งตั้งข้อสังเกตว่าทฤษฎีใหม่ใด ๆ ก็ต้องประยุกต์ใช้กับ ปรากฏการณ์ธรรมดาในฟิสิกส์เก่าด้วย ไม่ใช่แค่อธิบายพฤติกรรมของอนุภาคและคลื่นที่ระดับอะตอมใน new ทฤษฎี

ในการคำนวณแบบมาตรฐาน คอมพิวเตอร์จะดำเนินการโดยการประมวลผลบิตของข้อมูลแบบดิจิทัลในค่าใดค่าหนึ่งจากสองค่า: ศูนย์และค่าหนึ่ง ซึ่งแสดงถึงสถานะเปิดหรือปิด แม้ว่าความเร็วของคอมพิวเตอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างมากตั้งแต่ช่วงแรกๆ ของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลในช่วงปลายยุค 80 และต้นยุค 90 สิ่งเหล่านี้และแม้กระทั่ง ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใช้ในกองทัพ ห้องปฏิบัติการวิจัย และวิทยาลัย ยังคงมีข้อจำกัดว่าจะทำการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนได้เร็วเพียงใด สมการ สมการบางสมการต้องใช้เวลาหลายปีกว่าที่ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์จะทำงานได้ เนื่องจากสมการทางคณิตศาสตร์บางสมการนั้นใช้เวลานานเท่าใด

ไม่เช่นนั้นสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สร้างขึ้นจากแนวคิดของบิตควอนตัมหรือที่เรียกว่า qubits เนื่องจากข้อมูลนี้สามารถมีอยู่ได้ในหลายสถานะ 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน ยิ่งคอมพิวเตอร์ควอนตัมมี qubits มากเท่าใด สถานะที่เป็นไปได้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และการคำนวณข้อมูลก็จะเร็วขึ้น เนื่องจากควอนตัมพัวพัน สิ่งที่ไอน์สไตน์เรียกว่า "การกระทำที่น่ากลัวในระยะไกล" qubits สามารถทำงานด้วยระยะห่างที่ดีระหว่างกันโดยไม่ต้องใช้สายไฟ และด้วยเหตุนี้ สิ่งที่เกิดขึ้นกับอนุภาคหนึ่ง จึงเกิดขึ้นกับอีกอนุภาคหนึ่งพร้อมๆ กัน

คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานเร็วมาก สามารถทำลายวิธีการเข้ารหัสที่ใช้อยู่ในปัจจุบันได้เกือบทั้งหมด รวมถึงธุรกรรมทางธนาคารและวิธีอื่นๆ ในการรักษาความปลอดภัยทางไซเบอร์ ในมือของผู้ที่มีเจตนาร้าย คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะสร้างความเสียหายได้มากมายและอาจทำให้โลกต้องเผชิญหน้าด้านเทคโนโลยี

แต่ในมือของผู้ที่มีความตั้งใจถูกต้อง คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะพัฒนาความสามารถด้านปัญญาประดิษฐ์ซึ่งแตกต่างจากที่เคยเห็นในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น คุณสามารถโหลดตารางธาตุและกฎกลศาสตร์ควอนตัมลงในคอมพิวเตอร์เพื่อออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถนำไปสู่กระบวนการผลิตที่ปรับให้เหมาะสมและเหมาะสมที่สุด ปรับปรุงแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า คำนวณอัลกอริธึมให้ละลายเร็วขึ้น การจราจรบนทางหลวงติดขัด หาวิธีการขนส่งและเส้นทางการเดินทางที่ดีที่สุด และโดยทั่วไปจะบีบอัดข้อมูลด้วยความเร็วมหาศาลที่ไม่เคยมีมาก่อนแม้แต่ในความเร็วที่เร็วที่สุด ซูเปอร์คอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่เพียงแต่นำเสนอเทคโนโลยีขั้นสูงเท่านั้น เป็นพื้นฐานสำหรับรูปแบบใหม่ของการคำนวณทั้งหมดโดยอิงจากกฎหมายที่สนับสนุนกลศาสตร์ควอนตัม เมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์มาตรฐานที่ติดตั้งวิธีการคำนวณแบบคลาสสิก คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำให้คอมพิวเตอร์ทั่วไปดูเหมือนรถสามล้อเมื่อเทียบกับรถแข่งที่เร็วมาก

การพัฒนาโปรเซสเซอร์ qubit ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ได้แก่:

• 1998 Oxford University ในสหราชอาณาจักรเปิดเผยโปรเซสเซอร์ 2-qubit
• 1998 IBM, UC Berkeley, Stanford University และ MIT พัฒนาโปรเซสเซอร์ 2 บิต
• 2000 Technical University of Munich ประเทศเยอรมนี ได้สร้างโปรเซสเซอร์ 5-qubit
• 2000 Los Alamos National Laboratory ในสหรัฐอเมริกาเปิดตัวโปรเซสเซอร์ 7-qubit
• 2006 Institute for Quantum Computing, Perimeter Institute for Theoretical Physics และ MIT สร้างโปรเซสเซอร์ 12-qubit
• 2017 IBM แบ่งปันข่าวของโปรเซสเซอร์ 17 บิต
• 2017 IBM เปิดตัวโปรเซสเซอร์ 50 บิต
• 2018 Google แชร์ข่าวเกี่ยวกับโปรเซสเซอร์ 72 บิต

แม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะทำงานได้อย่างรวดเร็ว แต่ตอนนี้ไม่มีวิธีจัดเก็บข้อมูล เนื่องจากภายใต้กฎกลศาสตร์ควอนตัมที่มีอยู่ คุณไม่สามารถทำสำเนา คัดลอก หรือบันทึกข้อมูลลงในระบบควอนตัมได้ วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์กำลังค้นคว้าวิธีการจัดเก็บข้อมูลควอนตัมหลายวิธี บางคนถึงกับพิจารณาที่จะจัดเก็บข้อมูลบนสายดีเอ็นเอ

นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาวิธีการในปี 2560 ซึ่งเก็บข้อมูลประมาณ 215 ล้านกิกะไบต์ใน DNA กรัมเดียว ฮาร์ดไดรฟ์ทั่วไปจัดเก็บข้อมูลในสองมิติ ในขณะที่ DNA มีสามมิติและการจัดเก็บข้อมูลที่มากขึ้น หากวิธีการใช้ DNA นั้นใช้การได้ โดยพื้นฐานแล้ว ความรู้ทั้งหมดของโลกที่เก็บไว้ใน DNA จะเติมเต็มห้องเดี่ยวหรือหลังรถกระบะมาตรฐานสองคัน

นักวิจัยและผู้เล่นรายใหญ่ทั่วโลกต่างพยายามสร้างโปรเซสเซอร์ที่ใหญ่ที่สุดตัวต่อไป IBM ได้นำควอนตัมคอมพิวติ้งมาไว้ในคลาวด์ ทำให้ทุกคนส่วนใหญ่ที่ลงทะเบียนเข้าร่วมในการทดลองนี้สามารถใช้งานได้

Microsoft กำลังอยู่ระหว่างการผสานรวมการคำนวณควอนตัมเข้ากับแพลตฟอร์ม Visual Studio แต่นอกเหนือจากการประกาศแผนในเดือนกันยายน 2560 ที่มีแผนจะยึดตาม อนุภาค Majorana Fermions – อนุภาคที่มีอยู่เป็นปฏิปักษ์ของตัวเองและถูกค้นพบในปี 2555 – Microsoft ยังคงค่อนข้างเงียบในการคำนวณควอนตัม แผน

Google มีแผนที่จะครองสนามคอมพิวเตอร์ควอนตัมและหวังว่าจะบรรลุ "อำนาจสูงสุดของควอนตัม" โดยการสร้างชิปที่สามารถทำงานได้ดีกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันด้วยการคำนวณควอนตัม

โดยไม่คำนึงถึงความก้าวหน้าในการคำนวณควอนตัม คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะไม่ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมอยู่ในมือของสาธารณชนเร็ว ๆ นี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จะหาทางเข้าไปในห้องปฏิบัติการ คิดแทงค์ และศูนย์วิจัยก่อนเพื่อช่วยแก้สมการที่อาจต้องใช้เวลาหลายปีกว่าที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์จะได้ผล

แม้ว่านักวิจัยหลายคนคาดการณ์ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะจำหน่ายได้ภายในสี่ถึงห้าปี หลายปี อาจใช้เวลาสองสามปีหลังจากนั้น และนานกว่านั้นก่อนที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะกลายเป็นบรรทัดฐานสำหรับ สาธารณะ