• Facebook
• Twitter
• Line

เคยคิดไหมว่าการทำงานของ Computer ในปัจจุบันนั้นมีความเร็วมากกว่า 30 ปี ที่แล้วขนาดไหน แล้วจะสามารถเร็วขึ้นไปได้อีกไหม? ในยุคที่ AI เริ่มจะมีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวัน จึงมีความต้องการ กำลังการประมวลผลที่สูงขึ้น

ในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็น CPU, GPU หรือ NPU ยังคงใช้งานอยู่บนอุปกรณ์พื้นฐานอย่าง Transistor ซึ่ง จะมี 2 State คือ On/Off หรือ 0/1 ซึ่งก็เป็น เลขฐานที่สำคัญในการนำไปสร้างเป็น Software ต่าง ๆ มากมายเพื่อให้ Computer สามารถคำนวณด้วยความเร็วที่มากขึ้นนั้น (More Parallelism) จำเป็นที่จะต้องมีจำนวน Transistor จำนวนมหาศาล ด้วยการทำให้ขนาดของ Transistor มีขนาดเล็กลง

ตามกฎของ Moore’s Law, ได้กล่าวไว้ว่า จำนวนของ Transistor ใน Microchip นั้นจะเพิ่มเป็น 2 เท่า ทุก ๆ 2 ปี ด้วย Technology ในการผลิตที่ถูกพัฒนามาเรื่อย ๆ จึงถึงปัจจุบัน

แต่ปัจจุบันเราเผชิญกับความท้าทายในทางวิศวกรรม ที่ต้องการผลิตชิปที่มีกำลังการประมวลผลสูงขึ้นและใช้พลังงานน้อยลง โดยการสร้าง Transistor ที่มีขนาดเล็กลงไปต่ำกว่า 5-7 nm (Node Size) แต่ทว่าการย่อขนาดลงขนาดนั้น มีปัญหาใหญ่รออยู่ คือ ปรากฎการณ์ Quantum Tunneling ซึ่ง Electron จะสามารถทะลุผ่าน Gate ไปได้ ซึ่งนั้นก็จะเป็นปัญหาแน่นอน ถึงแม้ว่าบางบริษัทที่บอกว่าสามารถผลิตชิปในขนาด 3 – 1 นาโนเมตรได้ แต่แท้จริงแล้วอาจเป็นเพียงกลยุทธ์ทางการตลาด โดยใช้เทคนิคอื่น ๆ แทนการย่อขนาดจริงๆ เพื่อให้ได้จำนวน Transistor ที่ใกล้เคียงกับชิป 3 นาโนเมตร

เมื่อเรามาถึงขีดจำกัดในทางวิศวกรรม เราก็เริ่มที่จะหาวิธีใหม่ ๆ ที่จะก้าวข้ามผ่านขีดจำกัดนั้นออกไปก็ นั้นก็คือ Quantum Computer

Quantum Computer นี้ถูกคิดค้นมาตั้งแต่ปี 1980 แต่ก็ยังไม่ได้รับความนิยมมากนักเพราะกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum Mechanics) เป็นสิ่งที่ยากที่จะสร้างฮาร์ดแวร์ขึ้นมาเพื่อวัดสถานะของสสาร ว่าสสารนั้นมี State อย่างไรบ้าง (ซึ่ง Classical Computer ก็วัดได้แค่ On/Off หรือ 0/1 ซึ่งวัดด้วย แรงดันไฟฟ้า)

ปัจจุบันด้วยเทคโยโลยีที่พัฒนาขึ้นในปัจจุบัน สามารถ Support Quantum Computer ทำให้เราสามารถวัดสถานะควอนตัม Stage ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นได้ และค่อย ๆ เริ่มเอามาใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้น

การทำงานของ Quantum Computer จะต่างออกไปจากคอมพิวเตอร์ทั่วไป (Classical Computer) โดยจะนำคุณสมบัติของอนุภาคย่อยของอะตอม (Sub-atomic Particles) มาใช้งานแทน Transistor โดยจะมีคุณสมบัติ 3 อย่างหลัก ๆ

1. Quantum Spin ทำให้เกิดสถานะ 2 state คือ Spin Up / Spin Down ซึ่งจะคล้ายกับสถานะ เปิด/ปิด หรือ 0/1 ที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ทั่วไป (Classical Computer) 

2. การซ้อนทับ (Superposition) นั้นก็คือปรากฏการณ์ ที่เกิด Multiple State ในเวลาเดียวกัน หรือสามารถเป็นได้ทั้ง 0/1 ในเวลาเดียวกัน นั้นจึงเป็นที่มาของคิวบิต (Qubit)

ฟังแล้วดูงง ๆ ลองจิตนาการว่าเรามี ถ้าเราต้องการค้นหาหนังสือในห้องสมุดขนาดใหญ๋ ถ้าเป็นคอมพิวเตอร์ทั่วไป (Classical Computer) ก็จะค้นหาที่ละหมวดไป ทีละตัวอักษรจนครบจนกว่าจะเจอหนังสือที่ต้องการ ในขณะที่ควอนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum Computer) เปรียบเสมือนคนที่มีพลังพิเศษ สามารถมองเห็นหนังสือทุกเล่มในห้องสมุดพร้อมกัน สามารถอ่านชื่อหนังสือทุกเล่มในเวลาเดียวกัน และคัดแยกหนังสือที่ไม่ตรงกับชื่อที่ต้องการออก ด้วยความสามารถของคิวบิต (Qubit) Quantum Computer จึงสามารถค้นหาหนังสือที่ต้องการได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปมาก

3. การพัวพันเชิงควอนตัม (Quantum Entanglement) เป็นอีกหนึ่งคุณสมบัติที่พันธะควอนตัมมีความสัมพันธ์ของ State ระหว่างกัน โดยเมื่อพันธะนึงมีการ Spin Up และพันธะอีกด้านนึงจะ Spin Down ซึ่งเป็นซึ่งจะเป็นเช่นนี้ตลอดเวลา และเกิดขึ้นพร้อมกันทันที ซึ่งเราใช้คุณสมบัตินี้ ในการส่งต่อ State ระหว่าง System ซึ่งปัจจุบันจะใช้ในกระบวนการทำ Quantum Error Correction

การนำ Quantum Computer มาใช้งาน

ปัจจุบันเริ่มมีการใช้งาน Quantum Computer กันบ้างแล้วในหลาย ๆ อุตสาหกรรมเราจะยกตัวอย่างคร่าว ๆ

• อุสาหกรรมด้านการบิน ก็มีการนำ Quantum Computer มาจำลองด้าน Computational Fluid Dynamics (CFD) เพื่อจะออกแบบเครื่องยนต์ Jet Engine ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เพราะปัจจุบัน การใช้งาน CFD เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับอุสาหกรรมนี้ และใช้ Hardware ที่มีกำลังการประมวลผลมหาศาล ที่จะสร้างแบบจำลองหลาย ๆ รูปแบบออกมาโดยที่ใช้เวลาที่น้อย
  

• อุสาหกรรมด้านความปลอดภัยทาง Cyber นำ Quantum Computer มาใช้ศึกษาความเสี่ยงโดยเฉพาะด้านการตรวจจับการฉ้อโกง (Fraud Detection) เพื่อศึกษาความเสี่ยงที่อาจจะเกิดขึ้นจากการใช้งาน Quantum Computer มาใช้โจมตีระบบรักษาความปลอดภัยทางไซเบอร์ โดยเฉพาะระบบที่ใช้ Public Key Cryptography หรือ ระบบการเข้ารหัสแบบกุญแจสาธารณะ

• อุตสาหกรรมการแพทย์ นำเอา Quantum Computer มาพัฒนาระบบวินิจฉัยโรคด้วยระบบใหม่ ที่เรียกว่า Precision Medicine เพื่อหาคุณลักษณะพิเศษบางอย่าง ที่อาศัยข้อมูลทางพันธุกรรม เพื่อเลือกรูปแบบการรักษา หรือปริมาณยา และวิธีการรักษา ที่เหมาะสมกับผู้ป่วยนั้น ๆ
• อุตสาหกรรม AI ปัจจุบัน ยังอยู่ในช่วงพัฒนา Hardware และ Library พื้นฐาน โดยมีบริษัทอย่าง Google ยังคงพัฒนากันอยู่อย่างต่อเนื่อง โดยมีชื่อโครงการว่า Google Quantum AI เพราะปัจจุบันยังประสบปัญหาคือเมื่อมีการ scale hardware ให้มีจำนวนคิวบิตที่มากขึ้น กลับพบว่ายังคงมี Error เกิดมากขึ้นตามมาด้วย โดยโครงการนี้มี Roadmap ที่น่าสนใจ และน่าจะมี Break through ในอุสาหกรรม AI ในไม่กี่ปีต่อจากนี้

สรุป

ปัจจุบัน Quantum Computer ยังอยู่ในช่วงพัฒนาทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์พื้นฐาน (Foundation Library) และยังมีข้อจำกัดในการแก้ไขปัญหาบางประการที่ปัจจุบันคอมพิวเตอร์ปกติ (Classical Computer) ยังคงเป็นทางทางเลือกที่ดีกว่า ทั้งในด้านต้นทุนและความสะดวกในการใช้งาน แต่สำหรับใครที่ต้องการศึกษาและพัฒนา Foundation Library ปัจจุบันก็มีบริการด้าน Quantum Computer ให้ลองใช้งานบ้างแล้วบน Cloud Platform บางราย หรือถ้าใครต้องการใช้งานในงานจริง ก็สามารถใช้งานได้ในบาง Solutions โดยปัจจุบันก็มี Framework ให้ใช้งานบ้างแล้ว เช่น Qiskit (IBM), Q# (Microsoft), Cirq (Google)

แม้จะมีข้อจำกัด แต่ Quantum Computer มีศักยภาพสูงที่จะแก้ไขปัญหาที่ซับซ้อน ซึ่งคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมไม่สามารถทำได้ ในอนาคตคาดว่า Quantum Computer จะได้รับการพัฒนาจนมีประสิทธิภาพมากขึ้น ราคาถูกลง และใช้งานง่ายขึ้น ซึ่งจะกลายเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีในหลายๆ ด้าน ต่อไป

Reference:

https://en.wikipedia.org/wiki/3_nm_process

https://hexus.net/tech/news/cpu/145645-intel-14nm-amdtsmc-7nm-transistors-micro-compared/

https://en.wikipedia.org/wiki/Qubit, https://www.youtube.com/watch?v=lypnkNm0B4A

https://www.iotworldtoday.com/industry/7-companies-using-quantum-computing

https://www.researchgate.net/publication/380627222_Quantum_Computing_Integrated_Patterns_for_Real-Time_Cryptography_in_Assorted_Domains

https://quantumai.google

https://www.youtube.com/watch?v=rTx5nw3AgnY

— Cloud HM