ควอนตัมคอมพิวเตอร์ ( Quantum Computer)

เมื อระบบประมวลผลเปลี ยนไป อัลกอริธึมก็เปลี ยนตาม

แนวคิด ควอนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum Computer) เป็นสิ่งที่พูดกันมานานแล้ว แต่ควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่วางขายในเชิงพาณิชย์เพิ่งวางขายเป็นครั้งแรกเมื่อสัปดาห์ที่ผ่านมา
แนวคิดของควอนตัมคอมพิวเตอร์จะเข้าใจยากสักหน่อย แบบสั้นๆ คือคอมพิวเตอร์ปกติจะมีหน่วยย่อยที่สุดเป็น "บิต" (bit) ซึ่งมีสถานะเป็น 1 หรือ 0 อย่างใดอย่างหนึ่ง แต่กรณีของควอนตัมคอมพิวเตอร์จะใช้หน่วยย่อยที่ต่างออกไปคือ "คิวบิต" (qubit) ซึ่งมีสถานะเป็น 1 และ 0 พร้อมกันได้ (ตามหลักของกลศาสตร์ควอนตัม) ทำให้วิธีการประมวลผลต่างออกไปจากคอมพิวเตอร์ปกติ และแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์ปกติต้องใช้เวลานานมากในการประมวลผลได้เร็วขึ้น มาก
สำหรับข่าวนี้คือบริษัท D-Wave ซึ่งทำธุรกิจเกี่ยวกับควอนตัมคอมพิวเตอร์มาตั้งแต่ปี 1999 ได้ประกาศความสำเร็จในการผลิตคอมพิวเตอร์ D-Wave One ซึ่งเป็นควอนตัมคอมพิวเตอร์เชิงพาณิชย์ เป็นผลิตภัณฑ์สำหรับขายจริงไม่ใช่การทดลองหรือเดโม
เครื่องคอมพิวเตอร์ D-Wave One ระบุว่าใช้ซีพียูขนาด 128 คิวบิต ทำงานในอุณหภูมิที่ต่ำมากๆ คอมพิวเตอร์ทั้งเครื่องมีขนาดดังภาพ และต้องอยู่ในห้องขนาด 10 ตารางเมตรที่ห่อหุ้มมิดชิด รายละเอียดอย่างอื่นของ D-Wave One ยังมีไม่เยอะนัก


ลูกค้ารายแรกที่สั่งซื้อระบบนี้คือบริษัทผลิตอาวุธและเครื่องบิน Lockheed Martin ถ้าอยากได้บ้างต้องจ่ายเงินเครื่องละ 10 ล้านดอลลาร์ครับ

ควอนตัมคอมพิวเตอร์

    
       ความเร็วที่เราใช้ประมวลผลคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันยังช้าเกินไปเมื่อเทียบกับข้อมูลอันมากมาย ล้นหลาม ที่หลั่งทะลักท่วมท้นยุคสมัยสารสนเทศอยู่ในขณะนี้  ย้อนหลังไปในปี  1947   วิศวกรคอมพิวเตอร์ชาวอเมริกัน ชื่อ  นาย โฮเวิร์ด ไอเก็น  (Howard  Aiken)  ได้กล่าวกับฟิสิกส์ราชมงคลไว้ว่า   ในขณะนั้นอเมริกามีคอมพิวเตอร์ที่พอจะใช้ได้เพียง  6  เครื่อง  ซึ่งไม่เป็นการเพียงพอในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์   และงานประยุกต์อันหลากหลายทางวิศวกรรม  
       อย่างไรก็ตาม ถ้านายไอเก็นยังมีชีวิตอยู่จนถึง ปีค.ศ.  2000 คงคิดไปไม่ถึงว่า คอมพิวเตอร์ได้เพิ่มจำนวนขึ้นอย่างมากมาย แม้แต่คนในบ้านยังมีใช้   หรือเด็กเล็กๆ  ก็มีคอมพิวเตอร์ส่วนตัวใช้  โดยมีการสื่อสารผ่านทางอินเตอร์เน็ตเป็นแรงขับดันให้มีการใช้คอมพิวเตอร์มากขึ้น  คอมพิวเตอร์ในตอนนี้มีความเร็วมากกว่าเครื่องในตอนแรกเป็นล้านเท่า และความเร็วก็กำลังเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

      คำถามว่า  ความเร็วของคอมพิวเตอร์ที่เพิ่มขึ้นจะไปสิ้นสุดที่ตรงไหน  จากกฎของมัวส์  (Moore's  Law) ที่ทำนายไว้ว่า   จำนวนทรานซิสเตอร์ใน ไมโครโพเซสเซอร์ จะเพิ่มจำนวนขึ้นเป็น 2  เท่าในทุกๆ  18  เดือน  มันพิสูจน์ให้เห็นจริงแล้วว่าถูกต้อง   ถ้าเป็นไปตามความเร็วนี้  ปี  2020  หรือ  2030  วงจรอิเล็กทรอนิกส์ในไมโครโพเซสเซอร์  จะมีขนาดเล็กจนถึงระดับอะตอม    และเมื่อถึงตอนนั้นเราสามารถสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ขึ้นใช้งานได้   ซึ่งมันใช้ความสามารถระดับอะตอม และโมเลกุล  เป็นตัวเก็บข้อมูล  และนำมาประมวลผล  ความเร็วของควอนตัมคอมพิวเตอร์จะมากกว่า  คอมพิวเตอร์ที่ทำจากซิลคิอนนับเป็นพันล้านเท่า
     นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ต้นแบบขึ้นสำเร็จแล้ว  แม้ว่าขณะนี้ มันเพียงแต่คำนวณตัวเลขง่ายๆได้   แต่ฟิสิกส์ราชมงคลเชื่อว่า  มันกำลังได้รับการพัฒนา จากนักวิทยาศาสตร์ชั้นยอดของโลก และ ไม่นานนักมันจะเป็นจุดเปลี่ยนของคอมพิวเตอร์ในยุคหน้า

ความหมายของควอนตัมคอมพิวเตอร์

      แนวคิดของควอนตัมคอมพิวเตอร์ก่อกำเนิดขึ้นเมื่อ  20  ปีที่แล้ว  โดยนักฟิสิกส์ชื่อ นาย   พอล เบนเนียบ (Paul  Benioff)  ผู้ซึ่งคนทั่วไปให้เครดิตเป็นคนแรกที่คิดขึ้นมาในปี  1981   นายเบนเนียบเรียกแนวคิดของเขาว่า  ควอนตัมเทอริ่งแมสชีน (Quantum  turing  Machine)   ซึ่ง คำว่า เทอริ่งแมสชีน  มาจากรากฐานของคอมพิวเตอร์ที่เราใช้กันอยู่
       เทอริ่งแมสชีน  เป็นเครื่องจักรที่พัฒนาขึ้นโดย นาย อลัน เทอริ่ง (Alan  turing )  ในปี  1930   ภายในประกอบด้วยม้วนเทป  ใช้สำหรับบันทึกข้อมูล  และมีหัวอ่านข้อมูลเมื่อเทปวิ่งผ่าน  เป็นสัญญาณ 0  กับ  1   และแปรสัญญาณไปควบคุมเครื่องจักรอีกทีหนึ่ง  โดยทำตามคำสั่ง 1  ครั้งต่อ 1  คำสั่ง
       ขณะที่ ควอนตัมเทอริ่งแมสชีน  ใช้พื้นฐานแบบเดียวกัน    เพียงแต่ลดหัวอ่านเทป  ให้มีขนาดเล็กลงอยู่ในระดับอะตอมแทน   ซึ่งในระดับขนาดเล็กแบบนั้น ไม่ต้องทำงานเป็นอนุกรมเหมือนกับสายเทป   และสามารถทำงานได้หลายคำสั่งในครั้งเดียว
       คอมพิวเตอร์ของเทอริ่งในยุคแรกทำงานอยู่ได้เพียง  2 สถานะ  คือ 0  กับ  1    ส่วนควอนตัมคอมพิวเตอร์ไม่ได้จำกัดการทำงานอยู่เพียง 2  สถานะนี้เท่านั้น  ในระดับควอนตัมเราเรียกสถานะใหม่ว่า คิวบิท (qubits)  ซึ่งสามารถแสดงสถานะ   1  หรือ 0  ได้  หรืออยู่ระหว่าง 1  กับ 0  ได้ทุกๆค่า   หรือจะแบ่งซอยย่อยเป็นกี่พันกี่ล้านค่าก็ได้   คิวบิทคืออะตอมที่เป็นตัวเก็บ  และประมวลผลข้อมูล  ที่มีความสามารถอยู่ได้หลายสถานะในเวลาเดียวกัน
       สถานะอันมากมายของคิวบิท ทำให้ควอนตัมคอมพิวเตอร์สามารถทำการประมวลผลแบบขนานได้  ดังคำพูดของนักฟิสิกส์ นาย  เดวิด  ดอยส์ (David deutsch)  ที่ว่า การประมวลผลแบบขนาน  จะทำให้ควอนตัมคอมพิวเตอร์สามารถประมวลผลคำสั่งนับล้านคำสั่งได้ในครั้งเดียว  ขณะที่คอมพิวเตอร์ทั่วไป   ต้องทำทีละคำสั่ง  ดังนั้น ควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาด  30  คิวบิท  เมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์แบบเดิม  จะเทียบเท่ากับความเร็ว  10  เทราฟลอบ (Teraflops)  ซึ่งซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันที่มีความเร็วสูงสุด มีอยู่เพียง  2  เทราฟลอบ คือมากว่าถึง 5  เท่า
        ควอนตัมคอมพิวเตอร์ใช้คุณสมบัติทางควอนตัมที่เรียกว่า เอนแทงเกิลเมนต์ (entanglement)  ซึ่งเป็นปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นในระดับอะตอม โดยให้แรงภายนอกกระทำกับอะตอม  2  ตัวที่อยู่ใกล้กัน  จะทำให้เกิดการ เอนแทงเกิลขึ้น  แต่ถ้าอะตอมอยู่โดดเดี่ยว อะตอมตัวนั้นสามารถหมุนไปได้ทุกทิศทุกทาง  จากการทดลองกับอะตอมสองตัวที่อยู่ใกล้กัน โดยให้ตัวแรกหมุนไปในทิศทางหนึ่ง  ในขณะเดียวกันอะตอมที่สองจะหมุนไปในทิศตรงกันข้ามโดยอัตโนมัติ

อนาคตของควอนตัมคอมพิวเตอร์

       ครั้งหนึ่งนานมาแล้ว  ทรานซิสเตอร์เข้ามาแทนที่การทำงานของหลอดสูญญากาศ   จนเดี๋ยวนี้แทบไม่มีคนใช้หลอดสูญญากาศอีก  ลักษณะเช่นนี้จะเกิดขึ้นในอนาคต  ควอนตัมคอมพิวเตอร์ก็จะเข้ามาแทนที่ คอมพิวเตอร์ที่ใช้ชิพซิลิคอน  อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีในปัจจุบัน ยังไม่สามารถไปถึงจุดนั้นได้  การประมวลผลระดับควอนตัมยังต้องรอระยะเวลาอีกยาวไกล
        อย่างไรก็ตามในตอนนี้  นักฟิสิกส์สามารถสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาด  7 คิวบิทได้สำเร็จ ซึ่งกำลังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และสามารถคำนวณตัวเลขง่ายๆได้  ต่อไปนี้เป็นโครงการที่นักวิจัยกำลังดำเนินการอยู่

• เดือนมีนาคม 2000  นักวิทยาศาสตร์ของสถาบันวิจัย ลอสอลาโม  ประกาศว่า สามารถสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาด 7  คิวบิท ภายในหยดของเหลวได้สำเร็จ หยดของเหลวประกอบด้วย  ไฮโดรเจน  6  อะตอม  และคาร์บอน  4  อะตอม  ควบคุมด้วยสนามแม่เหล็กจากเครื่อง NMR 

• เดือนสิงหาคม  2000   นักวิจัยของ ไอบีเอ็ม  ได้สร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาด  5  คิวบิท จากนิวเคลียสของอะตอมฟลูออรีนจำนวน  5  อะตอม โดยใช้คลื่นวิทยุทำการโปรแกรม และใช้เครื่อง  NMR  ตรวจสอบสถานะของอะตอม

     ถ้าควอนตัมคอมพิวเตอร์ถูกพัฒนาขึ้นมาใช้งานทั่วๆไปได้  ความเร็วของมันนั้นจะไม่มีจุดสิ้นสุด   มันจะมีความสามารถประมวลผลข้อมูลที่อยู่ในโลกนี้ทั้งหมดได้เพียงไม่กี่นาที   และมีความสามารถอันน่าทึ่งที่จะเจาะเข้าหาข้อมูลของคอมพิวเตอร์ทุกแห่งในเวลาเพียงเศษเสี้ยวของวินาที
      ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่กำลังรอประมวลผล เมื่อใช้ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีอยู่ต้องใช้เวลาหลายเดือน  เมื่อมาใช้ควอนตัมคอมพิวเตอร์ใช้เวลาเพียงแว๊บเดียว  และการเคลื่อนย้ายมนุษย์ ที่เรียกว่า วิธีเทเลพอเทชั่น ก็สามารถกระทำได้ในเร็ววันนี้