เช่นเดียวกับเมื่อ 60 ปีที่แล้ว มนุษยชาติกำลังเข้าใกล้ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์อีกครั้ง เร็วๆ นี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะมาแทนที่เครื่องคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน

มีความก้าวหน้ามาไกลแค่ไหน?

ย้อนกลับไปในปี 1965 กอร์ดอน มัวร์กล่าวว่าในหนึ่งปี จำนวนทรานซิสเตอร์ที่พอดีกับไมโครชิปซิลิคอนเพิ่มขึ้นสองเท่า อัตราความคืบหน้านี้ช้าลงเมื่อเร็วๆ นี้ และการเพิ่มขึ้นสองเท่าเกิดขึ้นน้อยลง - ทุกๆ สองปี แม้แต่ความเร็วนี้ก็ยังช่วยให้ทรานซิสเตอร์มีขนาดถึงอะตอมได้ในอนาคตอันใกล้นี้ ต่อไปเป็นเส้นที่ข้ามไม่ได้ จากมุมมองของโครงสร้างทางกายภาพของทรานซิสเตอร์ จะต้องไม่เล็กกว่าปริมาณอะตอมในทางใดทางหนึ่ง การเพิ่มขนาดชิปไม่สามารถแก้ปัญหาได้ การทำงานของทรานซิสเตอร์เกี่ยวข้องกับการปล่อยพลังงานความร้อน และโปรเซสเซอร์ต้องการระบบระบายความร้อนคุณภาพสูง สถาปัตยกรรมแบบมัลติคอร์ไม่สามารถแก้ปัญหาการเติบโตต่อไปได้ การถึงจุดสูงสุดในการพัฒนาเทคโนโลยีโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยจะเกิดขึ้นในไม่ช้า
นักพัฒนาได้เข้าใจปัญหานี้ในช่วงเวลาที่ผู้ใช้เพิ่งเริ่มมีคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ในปี 1980 หนึ่งในผู้ก่อตั้งวิทยาศาสตร์สารสนเทศควอนตัม ศาสตราจารย์ยูริ มานิน แห่งสหภาพโซเวียต ได้กำหนดแนวคิดเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัม หนึ่งปีต่อมา Richard Feyman ได้เสนอคอมพิวเตอร์รุ่นแรกที่มีโปรเซสเซอร์ควอนตัม พื้นฐานทางทฤษฎีว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมควรมีหน้าตาเป็นอย่างไรนั้น ได้รับการคิดค้นโดย Paul Benioff

คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของโปรเซสเซอร์ใหม่ อย่างน้อยคุณต้องมีความรู้แบบผิวเผินเกี่ยวกับหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม ไม่มีประโยชน์ที่จะให้เค้าโครงและสูตรทางคณิตศาสตร์ที่นี่ ก็เพียงพอแล้วที่คนทั่วไปจะคุ้นเคยกับคุณลักษณะเฉพาะสามประการของกลศาสตร์ควอนตัม:

• สถานะหรือตำแหน่งของอนุภาคจะถูกกำหนดด้วยความน่าจะเป็นในระดับหนึ่งเท่านั้น
• หากอนุภาคสามารถมีได้หลายสถานะ แสดงว่าอนุภาคนั้นอยู่ในสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมดพร้อมกัน นี่คือหลักการของการซ้อนทับ
• กระบวนการวัดสถานะของอนุภาคจะทำให้การซ้อนทับหายไป เป็นลักษณะเฉพาะที่ความรู้เกี่ยวกับสถานะของอนุภาคที่ได้จากการวัดนั้นแตกต่างจากสถานะจริงของอนุภาคก่อนการวัด

จากมุมมองของสามัญสำนึก - เรื่องไร้สาระที่สมบูรณ์ ในโลกปกติของเรา หลักการเหล่านี้สามารถแสดงได้ดังนี้: ประตูห้องปิดอยู่และในเวลาเดียวกันก็เปิดออก ปิดและเปิดพร้อมกัน

นี่คือความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างการคำนวณ โปรเซสเซอร์ทั่วไปทำงานในรหัสไบนารี่ บิตของคอมพิวเตอร์สามารถอยู่ในสถานะเดียวเท่านั้น โดยมีค่าตรรกะเป็น 0 หรือ 1 คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานกับคิวบิต ซึ่งสามารถมีค่าตรรกะเป็น 0, 1, 0 และ 1 ได้ในคราวเดียว สำหรับการแก้ปัญหาบางอย่าง พวกเขาจะมีข้อได้เปรียบหลายล้านดอลลาร์เหนือเครื่องคอมพิวเตอร์แบบเดิม วันนี้มีคำอธิบายอัลกอริธึมการทำงานมากมายอยู่แล้ว โปรแกรมเมอร์สร้างโค้ดโปรแกรมพิเศษที่สามารถทำงานได้ตามหลักการคำนวณใหม่

คอมพิวเตอร์เครื่องใหม่จะใช้ที่ไหน?

แนวทางใหม่ในกระบวนการคำนวณช่วยให้คุณสามารถทำงานกับข้อมูลจำนวนมหาศาลและดำเนินการคำนวณได้ทันที เมื่อมีการถือกำเนิดของคอมพิวเตอร์เครื่องแรก ผู้คนบางส่วน รวมทั้งเจ้าหน้าที่ของรัฐ มีความกังขาอย่างมากเกี่ยวกับการใช้งานในเศรษฐกิจของประเทศ ปัจจุบันนี้ยังมีผู้คนจำนวนมากที่ยังมีข้อสงสัยเกี่ยวกับความสำคัญของคอมพิวเตอร์โดยพื้นฐานของคนรุ่นใหม่ เป็นเวลานานมากแล้วที่วารสารด้านเทคนิคปฏิเสธที่จะตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัม โดยพิจารณาว่าพื้นที่นี้เป็นอุบายหลอกลวงทั่วไปเพื่อหลอกนักลงทุน

วิธีใหม่ของการคำนวณจะสร้างเงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ในทุกอุตสาหกรรม ยาจะช่วยแก้ปัญหาต่างๆ มากมายซึ่งเพิ่งสะสมมาค่อนข้างมาก จะสามารถวินิจฉัยมะเร็งในระยะเริ่มแรกของโรคได้มากกว่าปัจจุบัน อุตสาหกรรมเคมีจะสามารถสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวได้

ความก้าวหน้าด้านอวกาศจะเกิดขึ้นอีกไม่นาน เที่ยวบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นจะกลายเป็นเรื่องธรรมดาเหมือนกับการเดินทางรอบเมืองทุกวัน ศักยภาพที่มีอยู่ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเปลี่ยนโลกของเราจนเกินกว่าจะจดจำได้อย่างแน่นอน

คุณสมบัติที่โดดเด่นอีกประการหนึ่งของคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือความสามารถของการคำนวณควอนตัมเพื่อค้นหารหัสหรือรหัสที่ต้องการได้อย่างรวดเร็ว คอมพิวเตอร์ธรรมดาใช้โซลูชันการปรับให้เหมาะสมทางคณิตศาสตร์ตามลำดับ โดยลองใช้ตัวเลือกหนึ่งต่อกัน คู่แข่งด้านควอนตัมทำงานร่วมกับอาร์เรย์ข้อมูลทั้งหมดในคราวเดียว โดยเลือกตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดด้วยความเร็วดุจสายฟ้าในเวลาอันสั้นอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ธุรกรรมธนาคารจะถูกถอดรหัสในพริบตา ซึ่งคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ไม่สามารถเข้าถึงได้

อย่างไรก็ตาม ภาคการธนาคารไม่จำเป็นต้องเป็นกังวล เพราะความลับจะถูกบันทึกไว้ด้วยวิธีการเข้ารหัสควอนตัมที่มีความขัดแย้งในการวัดผล เมื่อคุณพยายามเปิดรหัส สัญญาณที่ส่งจะผิดเพี้ยน ข้อมูลที่ได้รับจะไม่สมเหตุสมผล หน่วยสืบราชการลับซึ่งมีการจารกรรมเป็นเรื่องปกติ มีความสนใจในความเป็นไปได้ของการคำนวณควอนตัม

ปัญหาการออกแบบ

ความยากอยู่ที่การสร้างเงื่อนไขที่ควอนตัมบิตสามารถคงอยู่ในสถานะซ้อนทับได้อย่างไม่มีกำหนด

แต่ละควิบิตคือไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทำงานบนหลักการของความเป็นตัวนำยิ่งยวดและกฎของกลศาสตร์ควอนตัม

สภาพแวดล้อมที่เป็นเอกลักษณ์จำนวนหนึ่งถูกสร้างขึ้นรอบๆ องค์ประกอบระดับจุลภาคของลอจิกแมชชีน:

• อุณหภูมิ 0.02 องศาเคลวิน (-269.98 องศาเซลเซียส);
• ระบบป้องกันรังสีแม่เหล็กและไฟฟ้า (ลดผลกระทบของปัจจัยเหล่านี้ลง 50,000 ครั้ง)
• ระบบกำจัดความร้อนและการสั่นสะเทือน
• การทำให้บริสุทธิ์ของอากาศต่ำกว่าความดันบรรยากาศถึง 100 พันล้านเท่า

การเบี่ยงเบนเล็กน้อยในสภาพแวดล้อมทำให้คิวบิตสูญเสียสถานะการซ้อนทับทันที ส่งผลให้ทำงานผิดปกติ

นำหน้าส่วนที่เหลือของโลก

ทั้งหมดข้างต้นอาจเป็นผลมาจากความคิดสร้างสรรค์ของจิตใจที่เร่าร้อนของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์หาก Google ร่วมกับ NASA ไม่ได้ซื้อคอมพิวเตอร์ควอนตัม D-Wave เมื่อปีที่แล้วจาก บริษัท วิจัยของแคนาดาซึ่งมีโปรเซสเซอร์ประกอบด้วย 512 คิวบิต

ด้วยความช่วยเหลือนี้ ผู้นำในตลาดเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์จะแก้ปัญหาการเรียนรู้ของเครื่องในการเรียงลำดับและวิเคราะห์ข้อมูลจำนวนมาก

สโนว์เดนซึ่งออกจากสหรัฐอเมริกายังได้แถลงการณ์เปิดเผยที่สำคัญเช่นกัน - NSA ยังวางแผนที่จะพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมของตัวเองด้วย

2014 - จุดเริ่มต้นของยุคของระบบ D-Wave

Geordie Rose นักกีฬาชาวแคนาดาที่ประสบความสำเร็จ หลังจากทำข้อตกลงกับ Google และ NASA ได้เริ่มสร้างโปรเซสเซอร์ 1,000 คิวบิต โมเดลในอนาคตจะเกินต้นแบบเชิงพาณิชย์รุ่นแรกด้วยความเร็วและปริมาณการคำนวณอย่างน้อย 300,000 เท่า คอมพิวเตอร์ควอนตัมดังภาพด้านล่าง เป็นเวอร์ชันเชิงพาณิชย์รุ่นแรกของโลกที่มีเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์พื้นฐานใหม่

เขาได้รับแจ้งให้มีส่วนร่วมในการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์โดยคนรู้จักของเขาที่มหาวิทยาลัยกับผลงานของ Colin Williams เกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ต้องบอกว่าปัจจุบันวิลเลียมส์ทำงานที่ Rose's Corporation ในตำแหน่งผู้จัดการโครงการธุรกิจ

ความก้าวหน้าหรือการหลอกลวงทางวิทยาศาสตร์

โรสเองก็ไม่ทราบแน่ชัดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร ในรอบสิบปี ทีมงานของเขาได้เปลี่ยนจากการสร้างโปรเซสเซอร์ 2 ควอบิตมาสู่การผลิตผลงานเชิงพาณิชย์ตัวแรกในปัจจุบัน

จากจุดเริ่มต้นของการวิจัย Rose พยายามสร้างโปรเซสเซอร์ที่มีจำนวนคิวบิตขั้นต่ำ 1,000 และเขาต้องมีทางเลือกทางการค้าอย่างแน่นอน - เพื่อขายและสร้างรายได้

หลายคนที่รู้ถึงความหลงใหลและความเฉียบแหลมทางการค้าของโรสกำลังพยายามกล่าวหาเขาเรื่องการปลอมแปลง โปรเซสเซอร์ธรรมดาที่สุดถูกส่งออกไปเป็นควอนตัม นอกจากนี้ยังได้รับการอำนวยความสะดวกด้วยความจริงที่ว่าเทคโนโลยีใหม่นี้แสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมเมื่อทำการคำนวณบางประเภท ไม่เช่นนั้นมันจะทำงานเหมือนคอมพิวเตอร์ธรรมดาทั่วไป แต่มีราคาแพงมากเท่านั้น

เมื่อไหร่พวกเขาจะปรากฏตัว

มีเวลาไม่นานที่จะรอ ทีมวิจัยซึ่งจัดโดยผู้ซื้อร่วมของต้นแบบจะรายงานผลการวิจัยเกี่ยวกับ D-Wave ในอนาคตอันใกล้นี้
บางทีอาจถึงเวลาที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะปฏิวัติความเข้าใจโลกรอบตัวเราในเร็วๆ นี้ และมนุษยชาติทั้งหมดในขณะนี้จะก้าวไปสู่ระดับวิวัฒนาการที่สูงขึ้น

คอมพิวเตอร์ควอนตัมแตกต่างจากคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมอย่างไร

คำอุปมาทั่วไปที่ใช้ในการเปรียบเทียบการคำนวณทั้งสองประเภทคือเหรียญ ในโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม ทรานซิสเตอร์เป็นแบบหัวหรือก้อย แต่ถ้าคุณถามว่าเหรียญหันหน้าด้านไหนเวลาหมุน คุณจะบอกว่าคำตอบเป็นได้ทั้งสองอย่าง นี่คือวิธีการทำงานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม แทนที่จะเป็นบิตปกติที่แสดงถึง 0 หรือ 1 คุณจะมีบิตควอนตัมที่แสดงถึงทั้ง 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน จนกว่าควิบิตจะหยุดหมุนและเข้าสู่สถานะพัก

พื้นที่สถานะหรือความสามารถในการลองใช้ชุดค่าผสมที่เป็นไปได้จำนวนมาก ถือเป็นเลขชี้กำลังในกรณีของคอมพิวเตอร์ควอนตัม ลองนึกภาพว่าฉันมีเหรียญสองเหรียญอยู่ในมือ และฉันก็โยนมันขึ้นไปในอากาศพร้อมๆ กัน ขณะที่มันหมุน มันเป็นตัวแทนของสถานะที่เป็นไปได้สี่สถานะ ถ้าฉันโยนเหรียญสามเหรียญขึ้นไปบนอากาศ เหรียญเหล่านั้นจะเป็นตัวแทนของสถานะที่เป็นไปได้แปดสถานะ ถ้าฉันโยนเหรียญห้าสิบเหรียญขึ้นไปในอากาศแล้วถามคุณว่ามีรัฐใดบ้าง คำตอบจะเป็นตัวเลขที่แม้แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลกก็ไม่สามารถคำนวณได้ เหรียญสามร้อยเหรียญซึ่งเป็นจำนวนที่ค่อนข้างน้อยจะเป็นตัวแทนของรัฐมากกว่าอะตอมในจักรวาล

ทำไม qubit ถึงเปราะบางมาก?

ความจริงก็คือว่าในที่สุดเหรียญหรือคิวบิตก็หยุดหมุนและพังทลายลงเป็นสถานะหนึ่ง ไม่ว่าจะเป็นหัวหรือก้อย เป้าหมายของการคำนวณควอนตัมคือการทำให้พวกเขาหมุนไปซ้อนทับกันในหลายสถานะเป็นระยะเวลานาน ลองนึกภาพว่าฉันมีเหรียญหมุนอยู่บนโต๊ะ และมีคนผลักโต๊ะ เหรียญอาจร่วงเร็วขึ้น เสียง การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความผันผวนทางไฟฟ้า หรือการสั่นสะเทือน ล้วนสามารถรบกวนการทำงานของคิวบิตและทำให้ข้อมูลสูญหายได้ วิธีหนึ่งในการรักษาเสถียรภาพของคิวบิตบางประเภทคือการทำให้มันเย็น คิวบิตของเราทำงานในตู้เย็นขนาดถัง 55 แกลลอน และใช้ไอโซโทปฮีเลียมพิเศษเพื่อทำให้อุณหภูมิเย็นลงจนเกือบเป็นศูนย์สัมบูรณ์

คิวบิตประเภทต่างๆ แตกต่างกันอย่างไร

มีคิวบิตที่แตกต่างกันอย่างน้อยหกหรือเจ็ดประเภท และประมาณสามหรือสี่ประเภทกำลังได้รับการพิจารณาเพื่อใช้ในคอมพิวเตอร์ควอนตัม ความแตกต่างคือวิธีจัดการกับ qubit และทำให้พวกเขาสื่อสารกัน คิวบิตสองตัวจำเป็นต้องสื่อสารถึงกันเพื่อทำการคำนวณขนาดใหญ่ที่ "พันกัน" และคิวบิตประเภทต่างๆ ก็พันกันในลักษณะที่แตกต่างกัน ประเภทที่ฉันอธิบายไว้ซึ่งต้องการการระบายความร้อนอย่างมากเรียกว่าระบบตัวนำยิ่งยวด ซึ่งรวมถึงโปรเซสเซอร์ Tangle Lake และคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สร้างโดย Google, IBM และอื่นๆ วิธีอื่นๆ ใช้ประจุการสั่นของไอออนที่ติดอยู่ซึ่งถูกกักไว้ในห้องสุญญากาศด้วยลำแสงเลเซอร์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นคิวบิต Intel ไม่ได้พัฒนาระบบไอออนที่ติดอยู่เนื่องจากต้องใช้ความรู้เชิงลึกเกี่ยวกับเลเซอร์และออพติกซึ่งเราไม่สามารถทำได้

อย่างไรก็ตาม เรากำลังศึกษาประเภทที่สาม ซึ่งเราเรียกว่าซิลิคอนสปินคิวบิต พวกมันดูเหมือนทรานซิสเตอร์ซิลิคอนทั่วไปทุกประการ แต่ทำงานด้วยอิเล็กตรอนตัวเดียว สปินคิวบิตใช้พัลส์ไมโครเวฟเพื่อควบคุมการหมุนของอิเล็กตรอนและปล่อยพลังงานควอนตัมของมัน เทคโนโลยีนี้มีความสมบูรณ์น้อยกว่าเทคโนโลยีคิวบิตตัวนำยิ่งยวดในปัจจุบัน แต่อาจมีโอกาสที่ดีกว่ามากในการขยายขนาดและประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์

จะไปจุดนี้จากที่นี่ได้อย่างไร?

ขั้นตอนแรกคือการสร้างชิปควอนตัมเหล่านี้ ในเวลาเดียวกัน เราทำการจำลองบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ หากต้องการรันโปรแกรมจำลองควอนตัมของ Intel คุณต้องมีทรานซิสเตอร์ประมาณ 5 ล้านล้านตัวเพื่อจำลอง 42 คิวบิต การเข้าถึงเชิงพาณิชย์ต้องใช้ลำดับหนึ่งล้านคิวบิตขึ้นไป แต่การเริ่มต้นด้วยเครื่องจำลองเช่นนี้จะสามารถสร้างสถาปัตยกรรมพื้นฐาน คอมไพเลอร์ และอัลกอริธึมได้ จนกว่าเราจะมีระบบทางกายภาพที่มีคิวบิตนับแสนถึงหลายพัน ยังไม่ชัดเจนว่าเราจะสามารถรันซอฟต์แวร์ประเภทใดได้ มีสองวิธีในการเพิ่มขนาดของระบบดังกล่าว วิธีหนึ่งคือการเพิ่ม qubits มากขึ้น ซึ่งจะต้องใช้พื้นที่ทางกายภาพมากขึ้น ปัญหาคือว่าหากเป้าหมายของเราคือการสร้างคอมพิวเตอร์ล้านคิวบิต คณิตศาสตร์จะไม่ยอมให้คอมพิวเตอร์ขยายขนาดได้ดีนัก อีกวิธีหนึ่งคือการบีบอัดขนาดภายในของวงจรรวม แต่วิธีนี้จะต้องใช้ระบบตัวนำยิ่งยวด และจะต้องมีขนาดใหญ่มาก Spin qubit มีขนาดเล็กกว่าล้านเท่า ดังนั้นเราจึงกำลังมองหาวิธีแก้ไขปัญหาอื่น

นอกจากนี้ เราต้องการปรับปรุงคุณภาพของคิวบิต ซึ่งจะช่วยให้เราทดสอบอัลกอริธึมและสร้างระบบของเรา คุณภาพหมายถึงความถูกต้องแม่นยำในการถ่ายทอดข้อมูลเมื่อเวลาผ่านไป แม้ว่าหลายส่วนของระบบดังกล่าวจะปรับปรุงคุณภาพ แต่ความก้าวหน้าที่ใหญ่ที่สุดจะมาจากการพัฒนาวัสดุใหม่และปรับปรุงความแม่นยำของพัลส์ไมโครเวฟและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมอื่นๆ

คณะอนุกรรมการสหรัฐฯ ด้านการค้าดิจิทัลและการคุ้มครองผู้บริโภคได้จัดการประชุมเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ผู้ร่างกฎหมายต้องการทราบอะไรเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้

มีการพิจารณาคดีหลายครั้งที่เกี่ยวข้องกับคณะกรรมการชุดต่างๆ หากเราใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม เราสามารถพูดได้ว่านี่คือเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในอีก 100 ปีข้างหน้า เป็นเรื่องปกติที่สหรัฐฯ และรัฐบาลอื่นๆ จะสนใจในความเป็นไปได้ของพวกเขา สหภาพยุโรปมีแผนมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์เพื่อสนับสนุนการวิจัยควอนตัมทั่วยุโรป ฤดูใบไม้ร่วงปีที่แล้ว จีนได้ประกาศศูนย์วิจัยมูลค่า 1 หมื่นล้านดอลลาร์ ซึ่งจะเน้นด้านวิทยาการสารสนเทศควอนตัม คำถามคือ เราจะทำอะไรได้บ้างในฐานะประเทศในระดับชาติ? กลยุทธ์คอมพิวเตอร์ควอนตัมระดับชาติควรนำโดยมหาวิทยาลัย รัฐบาล และอุตสาหกรรมที่ทำงานร่วมกันในแง่มุมต่างๆ ของเทคโนโลยี มาตรฐานมีความจำเป็นอย่างแน่นอนจากมุมมองของการสื่อสารหรือสถาปัตยกรรมซอฟต์แวร์ แรงงานก็เป็นปัญหาเช่นกัน ตอนนี้ หากฉันมีงานว่างสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัม สองในสามของผู้สมัครอาจจะมาจากนอกสหรัฐอเมริกา

คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีผลกระทบต่อการพัฒนาปัญญาประดิษฐ์อย่างไร

โดยทั่วไปแล้ว อัลกอริธึมควอนตัมที่นำเสนอครั้งแรกจะมุ่งเน้นไปที่ความปลอดภัย (เช่น การเข้ารหัส) หรือการสร้างแบบจำลองทางเคมีและวัสดุ ปัญหาเหล่านี้เป็นปัญหาที่ไม่สามารถแก้ไขได้โดยพื้นฐานสำหรับคอมพิวเตอร์แบบเดิม อย่างไรก็ตาม มีบริษัทสตาร์ทอัพและกลุ่มนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่ทำงานเกี่ยวกับ Machine Learning และ AI ด้วยการนำคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาใช้ แม้แต่ในเชิงทฤษฎีก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงกรอบเวลาที่จำเป็นสำหรับการพัฒนา AI ฉันคาดหวังว่าจะมีการเกิดขึ้นของชิปแบบดั้งเดิมที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับอัลกอริธึม AI โดยเฉพาะ ซึ่งจะส่งผลต่อการพัฒนาชิปควอนตัม ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด AI จะได้รับการส่งเสริมจากการคำนวณควอนตัมอย่างแน่นอน

เมื่อไหร่ที่เราจะได้เห็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้สามารถแก้ปัญหาได้จริง?

ทรานซิสเตอร์ตัวแรกถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2490 วงจรรวมครั้งแรก - ในปี พ.ศ. 2501 ไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกของ Intel ซึ่งมีทรานซิสเตอร์ประมาณ 2,500 ตัวไม่ได้ออกมาจนกระทั่งปี 1971 เหตุการณ์สำคัญแต่ละเหตุการณ์เหล่านี้ถูกแยกออกจากกันมานานกว่าทศวรรษ ผู้คนคิดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมอยู่ใกล้แค่เอื้อม แต่ประวัติศาสตร์แสดงให้เห็นว่าความก้าวหน้าใดๆ ก็ตามต้องใช้เวลา หากภายใน 10 ปีข้างหน้า เรามีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีหลายพันคิวบิต มันจะเปลี่ยนแปลงโลกในลักษณะเดียวกับที่ไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกเปลี่ยนแปลงอย่างแน่นอน

เช่นเดียวกับเมื่อ 60 ปีที่แล้ว มนุษยชาติกำลังเข้าใกล้ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์อีกครั้ง เร็วๆ นี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะมาแทนที่เครื่องคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน

มีความก้าวหน้ามาไกลแค่ไหน?

ย้อนกลับไปในปี 1965 กอร์ดอน มัวร์กล่าวว่าในหนึ่งปี จำนวนทรานซิสเตอร์ที่พอดีกับไมโครชิปซิลิคอนเพิ่มขึ้นสองเท่า อัตราความคืบหน้านี้ช้าลงเมื่อเร็วๆ นี้ และการเพิ่มขึ้นสองเท่าเกิดขึ้นน้อยลง - ทุกๆ สองปี แม้แต่ความเร็วนี้ก็ยังช่วยให้ทรานซิสเตอร์มีขนาดถึงอะตอมได้ในอนาคตอันใกล้นี้ ต่อไปเป็นเส้นที่ข้ามไม่ได้ จากมุมมองของโครงสร้างทางกายภาพของทรานซิสเตอร์ จะต้องไม่เล็กกว่าปริมาณอะตอมในทางใดทางหนึ่ง การเพิ่มขนาดชิปไม่สามารถแก้ปัญหาได้ การทำงานของทรานซิสเตอร์เกี่ยวข้องกับการปล่อยพลังงานความร้อน และโปรเซสเซอร์ต้องการระบบระบายความร้อนคุณภาพสูง สถาปัตยกรรมแบบมัลติคอร์ไม่สามารถแก้ปัญหาการเติบโตต่อไปได้ การถึงจุดสูงสุดในการพัฒนาเทคโนโลยีโปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยจะเกิดขึ้นในไม่ช้า
นักพัฒนาได้เข้าใจปัญหานี้ในช่วงเวลาที่ผู้ใช้เพิ่งเริ่มมีคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ในปี 1980 หนึ่งในผู้ก่อตั้งวิทยาศาสตร์สารสนเทศควอนตัม ศาสตราจารย์ยูริ มานิน แห่งสหภาพโซเวียต ได้กำหนดแนวคิดเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัม หนึ่งปีต่อมา Richard Feyman ได้เสนอคอมพิวเตอร์รุ่นแรกที่มีโปรเซสเซอร์ควอนตัม พื้นฐานทางทฤษฎีว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมควรมีหน้าตาเป็นอย่างไรนั้น ได้รับการคิดค้นโดย Paul Benioff

คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของโปรเซสเซอร์ใหม่ อย่างน้อยคุณต้องมีความรู้แบบผิวเผินเกี่ยวกับหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม ไม่มีประโยชน์ที่จะให้เค้าโครงและสูตรทางคณิตศาสตร์ที่นี่ ก็เพียงพอแล้วที่คนทั่วไปจะคุ้นเคยกับคุณลักษณะเฉพาะสามประการของกลศาสตร์ควอนตัม:

• สถานะหรือตำแหน่งของอนุภาคจะถูกกำหนดด้วยความน่าจะเป็นในระดับหนึ่งเท่านั้น
• หากอนุภาคสามารถมีได้หลายสถานะ แสดงว่าอนุภาคนั้นอยู่ในสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมดพร้อมกัน นี่คือหลักการของการซ้อนทับ
• กระบวนการวัดสถานะของอนุภาคจะทำให้การซ้อนทับหายไป เป็นลักษณะเฉพาะที่ความรู้เกี่ยวกับสถานะของอนุภาคที่ได้จากการวัดนั้นแตกต่างจากสถานะจริงของอนุภาคก่อนการวัด

จากมุมมองของสามัญสำนึก - เรื่องไร้สาระที่สมบูรณ์ ในโลกปกติของเรา หลักการเหล่านี้สามารถแสดงได้ดังนี้: ประตูห้องปิดอยู่และในเวลาเดียวกันก็เปิดออก ปิดและเปิดพร้อมกัน

นี่คือความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างการคำนวณ โปรเซสเซอร์ทั่วไปทำงานในรหัสไบนารี่ บิตของคอมพิวเตอร์สามารถอยู่ในสถานะเดียวเท่านั้น โดยมีค่าตรรกะเป็น 0 หรือ 1 คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานกับคิวบิต ซึ่งสามารถมีค่าตรรกะเป็น 0, 1, 0 และ 1 ได้ในคราวเดียว สำหรับการแก้ปัญหาบางอย่าง พวกเขาจะมีข้อได้เปรียบหลายล้านดอลลาร์เหนือเครื่องคอมพิวเตอร์แบบเดิม วันนี้มีคำอธิบายอัลกอริธึมการทำงานมากมายอยู่แล้ว โปรแกรมเมอร์สร้างโค้ดโปรแกรมพิเศษที่สามารถทำงานได้ตามหลักการคำนวณใหม่

คอมพิวเตอร์เครื่องใหม่จะใช้ที่ไหน?

แนวทางใหม่ในกระบวนการคำนวณช่วยให้คุณสามารถทำงานกับข้อมูลจำนวนมหาศาลและดำเนินการคำนวณได้ทันที เมื่อมีการถือกำเนิดของคอมพิวเตอร์เครื่องแรก ผู้คนบางส่วน รวมทั้งเจ้าหน้าที่ของรัฐ มีความกังขาอย่างมากเกี่ยวกับการใช้งานในเศรษฐกิจของประเทศ ปัจจุบันนี้ยังมีผู้คนจำนวนมากที่ยังมีข้อสงสัยเกี่ยวกับความสำคัญของคอมพิวเตอร์โดยพื้นฐานของคนรุ่นใหม่ เป็นเวลานานมากแล้วที่วารสารด้านเทคนิคปฏิเสธที่จะตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัม โดยพิจารณาว่าพื้นที่นี้เป็นอุบายหลอกลวงทั่วไปเพื่อหลอกนักลงทุน

วิธีใหม่ของการคำนวณจะสร้างเงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ในทุกอุตสาหกรรม ยาจะช่วยแก้ปัญหาต่างๆ มากมายซึ่งเพิ่งสะสมมาค่อนข้างมาก จะสามารถวินิจฉัยมะเร็งในระยะเริ่มแรกของโรคได้มากกว่าปัจจุบัน อุตสาหกรรมเคมีจะสามารถสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวได้

ความก้าวหน้าด้านอวกาศจะเกิดขึ้นอีกไม่นาน เที่ยวบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นจะกลายเป็นเรื่องธรรมดาเหมือนกับการเดินทางรอบเมืองทุกวัน ศักยภาพที่มีอยู่ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเปลี่ยนโลกของเราจนเกินกว่าจะจดจำได้อย่างแน่นอน

คุณสมบัติที่โดดเด่นอีกประการหนึ่งของคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือความสามารถของการคำนวณควอนตัมเพื่อค้นหารหัสหรือรหัสที่ต้องการได้อย่างรวดเร็ว คอมพิวเตอร์ธรรมดาใช้โซลูชันการปรับให้เหมาะสมทางคณิตศาสตร์ตามลำดับ โดยลองใช้ตัวเลือกหนึ่งต่อกัน คู่แข่งด้านควอนตัมทำงานร่วมกับอาร์เรย์ข้อมูลทั้งหมดในคราวเดียว โดยเลือกตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดด้วยความเร็วดุจสายฟ้าในเวลาอันสั้นอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ธุรกรรมธนาคารจะถูกถอดรหัสในพริบตา ซึ่งคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ไม่สามารถเข้าถึงได้

อย่างไรก็ตาม ภาคการธนาคารไม่จำเป็นต้องเป็นกังวล เพราะความลับจะถูกบันทึกไว้ด้วยวิธีการเข้ารหัสควอนตัมที่มีความขัดแย้งในการวัดผล เมื่อคุณพยายามเปิดรหัส สัญญาณที่ส่งจะผิดเพี้ยน ข้อมูลที่ได้รับจะไม่สมเหตุสมผล หน่วยสืบราชการลับซึ่งมีการจารกรรมเป็นเรื่องปกติ มีความสนใจในความเป็นไปได้ของการคำนวณควอนตัม

ปัญหาการออกแบบ

ความยากอยู่ที่การสร้างเงื่อนไขที่ควอนตัมบิตสามารถคงอยู่ในสถานะซ้อนทับได้อย่างไม่มีกำหนด

แต่ละควิบิตคือไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทำงานบนหลักการของความเป็นตัวนำยิ่งยวดและกฎของกลศาสตร์ควอนตัม

สภาพแวดล้อมที่เป็นเอกลักษณ์จำนวนหนึ่งถูกสร้างขึ้นรอบๆ องค์ประกอบระดับจุลภาคของลอจิกแมชชีน:

• อุณหภูมิ 0.02 องศาเคลวิน (-269.98 องศาเซลเซียส);
• ระบบป้องกันรังสีแม่เหล็กและไฟฟ้า (ลดผลกระทบของปัจจัยเหล่านี้ลง 50,000 ครั้ง)
• ระบบกำจัดความร้อนและการสั่นสะเทือน
• การทำให้บริสุทธิ์ของอากาศต่ำกว่าความดันบรรยากาศถึง 100 พันล้านเท่า

การเบี่ยงเบนเล็กน้อยในสภาพแวดล้อมทำให้คิวบิตสูญเสียสถานะการซ้อนทับทันที ส่งผลให้ทำงานผิดปกติ

นำหน้าส่วนที่เหลือของโลก

ทั้งหมดข้างต้นอาจเป็นผลมาจากความคิดสร้างสรรค์ของจิตใจที่เร่าร้อนของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์หาก Google ร่วมกับ NASA ไม่ได้ซื้อคอมพิวเตอร์ควอนตัม D-Wave เมื่อปีที่แล้วจาก บริษัท วิจัยของแคนาดาซึ่งมีโปรเซสเซอร์ประกอบด้วย 512 คิวบิต

ด้วยความช่วยเหลือนี้ ผู้นำในตลาดเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์จะแก้ปัญหาการเรียนรู้ของเครื่องในการเรียงลำดับและวิเคราะห์ข้อมูลจำนวนมาก

สโนว์เดนซึ่งออกจากสหรัฐอเมริกายังได้แถลงการณ์เปิดเผยที่สำคัญเช่นกัน - NSA ยังวางแผนที่จะพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมของตัวเองด้วย

2014 - จุดเริ่มต้นของยุคของระบบ D-Wave

Geordie Rose นักกีฬาชาวแคนาดาที่ประสบความสำเร็จ หลังจากทำข้อตกลงกับ Google และ NASA ได้เริ่มสร้างโปรเซสเซอร์ 1,000 คิวบิต โมเดลในอนาคตจะเกินต้นแบบเชิงพาณิชย์รุ่นแรกด้วยความเร็วและปริมาณการคำนวณอย่างน้อย 300,000 เท่า คอมพิวเตอร์ควอนตัมดังภาพด้านล่าง เป็นเวอร์ชันเชิงพาณิชย์รุ่นแรกของโลกที่มีเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์พื้นฐานใหม่

เขาได้รับแจ้งให้มีส่วนร่วมในการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์โดยคนรู้จักของเขาที่มหาวิทยาลัยกับผลงานของ Colin Williams เกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ต้องบอกว่าปัจจุบันวิลเลียมส์ทำงานที่ Rose's Corporation ในตำแหน่งผู้จัดการโครงการธุรกิจ

ความก้าวหน้าหรือการหลอกลวงทางวิทยาศาสตร์

โรสเองก็ไม่ทราบแน่ชัดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร ในรอบสิบปี ทีมงานของเขาได้เปลี่ยนจากการสร้างโปรเซสเซอร์ 2 ควอบิตมาสู่การผลิตผลงานเชิงพาณิชย์ตัวแรกในปัจจุบัน

จากจุดเริ่มต้นของการวิจัย Rose พยายามสร้างโปรเซสเซอร์ที่มีจำนวนคิวบิตขั้นต่ำ 1,000 และเขาต้องมีทางเลือกทางการค้าอย่างแน่นอน - เพื่อขายและสร้างรายได้

หลายคนที่รู้ถึงความหลงใหลและความเฉียบแหลมทางการค้าของโรสกำลังพยายามกล่าวหาเขาเรื่องการปลอมแปลง โปรเซสเซอร์ธรรมดาที่สุดถูกส่งออกไปเป็นควอนตัม นอกจากนี้ยังได้รับการอำนวยความสะดวกด้วยความจริงที่ว่าเทคโนโลยีใหม่นี้แสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมเมื่อทำการคำนวณบางประเภท ไม่เช่นนั้นมันจะทำงานเหมือนคอมพิวเตอร์ธรรมดาทั่วไป แต่มีราคาแพงมากเท่านั้น

เมื่อไหร่พวกเขาจะปรากฏตัว

มีเวลาไม่นานที่จะรอ ทีมวิจัยซึ่งจัดโดยผู้ซื้อร่วมของต้นแบบจะรายงานผลการวิจัยเกี่ยวกับ D-Wave ในอนาคตอันใกล้นี้
บางทีอาจถึงเวลาที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะปฏิวัติความเข้าใจโลกรอบตัวเราในเร็วๆ นี้ และมนุษยชาติทั้งหมดในขณะนี้จะก้าวไปสู่ระดับวิวัฒนาการที่สูงขึ้น

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่ใช้ปรากฏการณ์ของการซ้อนทับของควอนตัมและการพัวพันของควอนตัมเพื่อส่งและประมวลผลข้อมูล คอมพิวเตอร์ควอนตัมสากลที่เต็มเปี่ยมยังคงเป็นอุปกรณ์สมมุติ มีความเป็นไปได้อย่างมากในการสร้างซึ่งเกี่ยวข้องกับการพัฒนาทฤษฎีควอนตัมอย่างจริงจังในด้านอนุภาคจำนวนมากและการทดลองที่ซับซ้อน การพัฒนาในพื้นที่นี้เกี่ยวข้องกับการค้นพบล่าสุดและความสำเร็จของฟิสิกส์ยุคใหม่ จนถึงปัจจุบัน มีการนำระบบการทดลองเพียงไม่กี่ระบบมาใช้จริงซึ่งดำเนินการอัลกอริธึมคงที่ซึ่งมีความซับซ้อนต่ำ

ในปี 1931 นักเขียนชาวอเมริกัน Charles Fort ได้บรรยายแนวคิดเรื่องการเคลื่อนย้ายมวลสารเป็นครั้งแรกในนวนิยายเรื่องหนึ่งของเขา ตั้งแต่นั้นมา คำว่าป้อมเริ่มถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในวรรณคดีนิยายวิทยาศาสตร์ และค่อยๆ กลายเป็นไม่เพียงแต่แนวคิดทางวรรณกรรมเท่านั้น แต่ยังเป็นแนวคิดทางวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริงด้วย ดังนั้น ทุกวันนี้มันจึงค่อยๆ กลายเป็นไม่ใช่นิยาย แต่เป็นความจริงที่แท้จริง

ยังคงเป็นความฝัน แต่ยุคของการสื่อสารควอนตัมได้มาถึงแล้ว การทดลองใหม่ที่ดำเนินการในกรุงปารีสได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าการสื่อสารควอนตัมนั้นเหนือกว่าวิธีการส่งข้อมูลแบบดั้งเดิม

“เราเป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นถึงความเหนือกว่าของควอนตัมในการถ่ายโอนข้อมูลที่ทั้งสองฝ่ายจำเป็นต้องใช้ในการทำงานให้สำเร็จ” Eleni Diamanti วิศวกรไฟฟ้าของ Sorbonne University และผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าว