คอมพิวเตอร์ควอนตัม

คอมพิวเตอร์ ควอนตัม (Quantum computer)

คอมพิวเตอร์ควอนตัม คือเครื่องจักรอันน่าทึ่งและซับซ้อนที่ใช้พลังของกลศาสตร์ควอนตัมในการคำนวณในแบบที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปทำไม่ได้ มาดูหลักสำคัญกัน

 

คุณสมบัติหลักของคอมพิวเตอร์ควอนตัม


ใช้คิวบิตแทนบิต: คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ คิวบิต (qubit) แทน บิต (bit) คิวบิตสามารถอยู่ในสถานะซ้อนทับ (superposition) ของ 0 และ 1 พร้อมกัน

การพัวพันกันของควอนตัม: คิวบิตสามารถ พัวพันกัน (entangled) ซึ่งหมายความว่าสถานะของคิวบิตตัวหนึ่งจะส่งผลต่อสถานะของคิวบิตอีกตัวหนึ่ง

การประมวลผลแบบควอนตัม: คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้คุณสมบัติเหล่านี้เพื่อประมวลผลข้อมูลแบบขนาน

 

ประโยชน์ของคอมพิวเตอร์ควอนตัม

 

ความเร็ว: คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำงานบางประเภทได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปมาก

ประสิทธิภาพ: คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ปัญหาบางประเภทได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป

การค้นพบใหม่: คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบสิ่งใหม่ๆ

 

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม

 

การพัฒนายา: คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์พัฒนายาใหม่

การพัฒนาวัสดุ: คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์พัฒนาวัสดุใหม่

การเข้ารหัสลับ: คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์พัฒนาระบบเข้ารหัสลับที่ปลอดภัย

 

ข้อจำกัดของคอมพิวเตอร์ควอนตัม:

 

เทคโนโลยียังอยู่ในช่วงเริ่มต้น: เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ควอนตัมยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น

ราคาแพง: คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีราคาแพง

ความยุ่งยากในการใช้งาน: คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้งานยาก

 

อนาคตของคอมพิวเตอร์ควอนตัม:

 

คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีศักยภาพที่จะเปลี่ยนแปลงโลก   เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ควอนตัมกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว   คาดว่าในอนาคตคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะถูกนำมาใช้ในหลายๆ

 

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)



คอมพิวเตอร์ทั่วไป vs. คอมพิวเตอร์ควอนตัม:

 

คอมพิวเตอร์ทั่วไป: ใช้บิต (bit) ซึ่งมีค่าเป็น 0 หรือ 1 นึกถึงสวิตช์ไฟ เปิดหรือปิด

คอมพิวเตอร์ควอนตัม: ใช้คิวบิต (qubit) ซึ่งมีค่าเป็น 0, 1, หรือทั้ง 0 และ 1 พร้อมกัน (แปลกใช่มั้ย?) นึกถึงสวิตช์ปรับความสว่างที่มีค่าตั้งแต่หรี่จนสว่างจ้า แทนที่จะมีแค่เปิดกับปิด สถานะ “ทั้ง 0 และ 1 พร้อมกัน” นี้เรียกว่า ซูเปอร์โพซิชัน (superposition)

 

ซูเปอร์โพซิชัน ทำงานอย่างไร:

 

ด้วยคิวบิตหลายตัว ความสามารถในการอยู่ในหลายสถานะพร้อมกันนี้ ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสำรวจความเป็นไปได้มากมายพร้อมกัน ทำให้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปแบบก้าวกระโดด นึกถึงการสำรวจประตูทุกบานในเขาวงกตพร้อมกัน แทนที่จะเดินทีละประตู

 

อีกเคล็ดลับ: entanglement

 

คิวบิตยังสามารถ entanglement หมายถึงเชื่อมโยงกันแม้จะอยู่ห่างไกล การเปลี่ยนคิวบิตหนึ่งส่งผลถึงอีกคิวบิตทันที ไม่ว่าจะอยู่ที่ไหน นึกถึงเหรียญสองเหรียญที่พลิกแล้วได้ด้านเดียวกันเสมอ ไม่ว่าจะโยนห่างแค่ไหน

 

ประโยชน์คืออะไร:

 

สิ่งมหัศจรรย์เหล่านี้ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปใช้เวลานานหลายล้านปี ตัวอย่างเช่น:

 

  • ค้นพบยาใหม่: จำลองโมเลกุลที่ซับซ้อนเพื่อออกแบบยาใหม่
  • วิทยาศาสตร์วัสดุ: คิดค้นวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติพิเศษ
  • การเงิน: วิเคราะห์ตลาดที่ซับซ้อนด้วยความแม่นยำยิ่งขึ้น
  • การเข้ารหัส: ยกเลิกวิธีการเข้ารหัสปัจจุบันและสร้างวิธีใหม่ที่ไม่สามารถถอดรหัสได้

 

แต่ ณ ปัจจุบัน คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น มีราคาแพง สร้างยาก และมีข้อผิดพลาดง่าย แต่การวิจัยกำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว และมีศักยภาพที่จะปฏิวัติหลายสาขา



เราจะได้อะไรจากการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม

 

ดังที่กล่าวไปก่อนหน้านี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีศักยภาพในการปฏิวัติหลายสาขาด้วยความสามารถพิเศษของมัน ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างเฉพาะเจาะจงบางประการที่เราสามารถทำได้กับคอมพิวเตอร์เหล่านี้:

 

การค้นพบยาและวิทยาศาสตร์วัสดุ:

 

จำลองโมเลกุลที่ซับซ้อน: ด้วยการจำลองปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลอย่างแม่นยำ นักวิจัยสามารถออกแบบยาใหม่ที่มีผลข้างเคียงน้อยลง และออกแบบวัสดุที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ เช่น การนำไฟฟ้าเหนือสภาพนำไฟฟ้าหรือความแข็งแกร่งสูงสุด สิ่งนี้อาจนำไปสู่ความก้าวหน้าในด้านการแพทย์ พลังงาน และสาขาอื่นๆ

 

การสร้างแบบจำลองทางการเงินและการเพิ่มประสิทธิภาพ:

 

วิเคราะห์ชุดข้อมูลขนาดใหญ่: คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถจัดการข้อมูลทางการเงินจำนวนมหาศาลได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปมาก ช่วยให้สามารถทำนายและประเมินความเสี่ยงได้ดีขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพให้กับเครือข่ายโลจิสติกส์และการขนส่งที่ซับซ้อน นำไปสู่ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น

 

การเข้ารหัสและความปลอดภัยทางไซเบอร์:

 

การทำลายการเข้ารหัสปัจจุบัน: แม้จะน่ากังวล แต่การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งคือการทำลายวิธีการเข้ารหัสปัจจุบัน บังคับให้พัฒนาวิธีการใหม่ที่ทนทานต่อควอนตัม สุดท้ายแล้ว สิ่งนี้อาจช่วยเสริมสร้างความปลอดภัยทางไซเบอร์โดยรวม

 

การเรียนรู้ของเครื่องจักรและปัญญาประดิษฐ์:

 

พัฒนาอัลกอริทึมที่ทรงพลังกว่า: คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถเร่งอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องจักร นำไปสู่ปัญญาประดิษฐ์ที่ก้าวหน้ากว่าสำหรับงานต่างๆ เช่น การจดจำภาพ การประมวลผลภาษาธรรมชาติ และการแพทย์เฉพาะบุคคล

 

การประยุกต์ใช้อื่นๆ ที่อาจเป็นไปได้:

 

การพยากรณ์อากาศ: การจำลองรูปแบบสภาพอากาศที่ซับซ้อนด้วยความแม่นยำสูงขึ้นเพื่อเตรียมพร้อมและป้องกันภัยพิบัติได้ดีขึ้น

การออกแบบเคมีและวัสดุ: ค้นพบวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการใช้งาน เช่น แบตเตอรี่ เซลล์แสงอาทิตย์ และตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น

การแพทย์เฉพาะบุคคล: ปรับแต่งการรักษาทางการแพทย์ให้เหมาะสมกับผู้ป่วยแต่ละรายตามโครงสร้างทางพันธุกรรมที่ไม่เหมือนใคร

ควรสังเกตว่านี่เป็นเพียงตัวอย่างบางส่วนเท่านั้น และการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังคงอยู่ในการสำรวจ เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น เราคาดหวังว่าจะมีการค้นพบและความก้าวหน้าที่ล้ำหน้ายิ่งขึ้นในหลายสาขา

อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้คือคอมพิวเตอร์ควอนตัมยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา พวกมันมีราคาแพง มีข้อผิดพลาดง่าย และต้องการทักษะเฉพาะในการใช้งาน ถึงกระนั้น ประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นนั้นมหาศาล และการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องสัญญาว่าจะเกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในหลายๆ ด้าน

thไทย
เลื่อนไปด้านบน