ควอนตัมคอมพิวเตอร์(Quantum Computer) คืออะไร?
ก่อนที่จะลงในรายละเอียดของ “ควอนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum Computer)” ผมขออธิบายถึง “คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม (Classical Computer)” ก่อนนะครับ ก่อนอื่นไปชมหน้าตาของ “ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ (Supercomputer)” ที่เป็น Classical Computer ที่เร็วที่สุดในปัจจุบันกับ Quantum Computer ที่เป็นคอมพิวเตอร์แห่งอนาคตครับ
Cray Frontier, Supercomputer ที่เร็วที่สุดในปัจจุบัน ที่มา: https://primetel.com.cy/frontier-is-the-world-s-first-and-fastest-exascale-supercomputer-by-hpe-3211
Quantum Computer “IBM Q” ที่มา https://www.inverse.com/article/37762-quantum-computer-spin-liquid
1) Classical Computer
ภาพ Die ของ AMD EPYC, ที่มา https://arstechnica.com/gadgets/2017/12/amd-epyc-processors-coming-to-azure-virtual-machines/
ปัจจุบันคอมพิวเตอร์ที่พวกเราใช้งานอยู่นั้นจะเป็น Classical Computer ที่ใช้ “หน่วยประมวลกลาง(Central Processing Unit : CPU)” ที่มี Transistor เป็นอุปกรณ์ในการเก็บค่า “บิท(bit)” ที่เป็นเลขฐานสองในการเก็บค่าสถานะทางดิจิทัล ยกตัวอย่างเช่น เลข 0 ในการเก็บสถานะปิด(Off) และ 1 ในการเก็บสถานะเปิด(On)
การใช้งาน FET เป็น Logic gate แบบ NAND Gate ที่มา https://www.electronics-tutorials.ws/logic/logic_1.html
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Digital Logic Gates
https://www.electronics-tutorials.ws/logic/logic_1.html
https://www.researchgate.net/publication/228083157_Are_Nanotube_Architectures_More_Advantageous_Than_Nanowire_Architectures_For_Field_Effect_Transistors/figures?lo=1
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Transistor ชนิด Field-effect Transistor(FET)
https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/fet-field-effect-transistor/what-is-a-fet-types-overview.php
และจะเพิ่มประสิทธิภาพด้วยการลดขนาดกระบวนการผลิตลงไปเรื่อยๆ เพื่อให้ Transistor สามารถบรรจุลงในพื้นที่ของ Silicon Wafer ได้เยอะขึ้น(เพิ่มความหนาแน่นต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่นั่นเอง) ตาม “กฎของมัวร์ (Moore’s Law)” ที่ Gordon Moore ผู้ร่วมก่อตั้งอินเทล(intel) ผู้ผลิตซีพียูรายใหญ่ ได้กล่าวไว้ว่า “จำนวนทรานซิสเตอร์จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกๆสองปี”
คุณ Gordon Moore ผู้ร่วมก่อตั้งบริษัท Intel เจ้าของ Moore’s Law, ที่มา https://newsroom.intel.com/news/intel-50-gordon-moore-founding-intel/#gs.toc91p
แผนภาพแสดงความเป็นไปตามกฎของมัวร์ โดยเทียบจำนวนของ Transistor กับปีที่เปลี่ยนแปลงไปทุกๆสองปี ที่มา: https://www.splunk.com/en_us/blog/learn/moores-law.html
ซึ่งการเพิ่มจำนวน Transistor นี้เองที่จะทำให้ CPU สามารถเก็บ Bit ได้จำนวนเยอะขึ้น นอกจากนี้ส่งผล Electron สามารถเคลื่อนที่ในระยะที่สั้นลงอีกด้วย ทำให้ประสิทธิภาพในการประมวลผลโดยรวมของ CPU เพิ่มขึ้นนั่นเองครับ
อย่างไรก็ตาม การกระบวนการผลิตชิป(Fabrication) นั้นก็เป็นดาบสองคมครับ เมื่อถึง ณ จุดหนึ่งแล้ว การ Fabrication ด้วยวิธีการ Lithography(การทำลวดลายวงจร) บน Silicon Wafer ที่ยากขึ้นและมีความเสี่ยงที่จะไม่สมบูรณ์สูง รวมไปถึงวัสดุที่มาใช้ทำ Transistor ที่จะใช้ในวงจร เมื่อเล็กลงมากๆ Electron จะเกิดพฤติกรรมที่เรียกว่า “การทะลุผ่านของอิเล็กตรอน (Quantum Tunneling)” กล่าวคือ Electron จะทะลุผ่าน Transistor ตัวหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งได้เลย เกิดการลัดวงจร(Short Circuit) ทำให้การเก็บสถานะของบิทนั่นไม่เสถียรครับ
แผนภาพอธิบายการเกิด Quantum Tunneling ใน Quantum Mechanics ที่ Electron สามารถทะลุผ่าน Potential Wall ไปยัง Quantum Well อีกอันได้เลย เทียบกับ Classical Mechanics ที่ Electron ต้องเคลื่อนที่ข้าม Potential Wall ก่อนที่จะไปยัง Quantum Well อีกอันหนึ่งได้, ที่มา https://cosmosmagazine.com/physics/quantum-tunnelling-is-instantaneous-researchers-find
สำหรับงานวิจัยใหม่ๆยังมีการผลิต Transistor ชนิด CNTFET (ใช้ Carbon Nanotube) ในกระบวนการผลิตขนาด 5 นาโนเมตร บน Silicon Wafer จากทางไอบีเอ็ม(IBM)
โครงสร้างของท่อคาร์บอนนาโนชนิดผนังชั้นเดียว(SWCNT) และผนังหลายชั้น(MWCNT), ที่มา https://www.researchgate.net/publication/263740854_Nanostructures_A_Platform_for_Brain_Repair_and_Augmentation/figures?lo=1
ภาพโครงสร้างของ CNTFET ด้วยวิธีการ Scanning Electron Microscopy ที่มา https://www.cnet.com/news/ibm-brings-carbon-nanotube-based-computers-a-step-closer/
นักวิจัย IBM ถือ Silicon Wafer ที่มี CNTFET ขนาด 5nm, ที่มา IBM Research
แต่ในขณะเดียวกันก็มีงานวิจัยที่มองไปไกลกว่านั้นอีกครับ นั่นก็คือ “คอมพิวเตอร์ควอนตัม (Quantum Computer)” นั่นเอง
2) Quantum Computer
เกริ่นนำไปกับ Classical Computer ซะเยอะเลย เราจะเข้าสู่เนื้อหาของ Quantum Computer กันแล้วนะครับ ว่ามีที่ไปที่มาอย่างไร และ Quantum Computer เป็นอย่างไรกันแน่นะ…
ที่มา: https://www.sciencenews.org/article/quantum-computers-are-about-get-real
Quantum Computer คืออะไร?
Quantum Computer เป็น Computer ที่สร้างบนพื้นฐานของ “กลศาสตร์ควอมตัม(Quantum Mechanics)” แทนที่จะเป็น “กลศาสตร์ดั้งเดิม(Classical Mechanics)” แบบ Classical Computer ที่แสนล้ำหน้ายิ่งกว่า Supercomputer ในยุคนี้และยุคหน้าเลยทีเดียว
D-wave คือ Quantum Computer ที่จำหน่ายเชิงพาณิชย์เป็นเครื่องแรก ที่มา https://www.theverge.com/circuitbreaker/2017/1/25/14390182/d-wave-q2000-quantum-computer-price-release-date
Qubit คืออะไร?
Qubit คือสิ่งที่ใช้ในการเก็บสถานะทางดิจิทัล ซึ่งแตกต่างๆจาก bit ธรรมดาตรงที่สามารถเก็บสถานะทางดิจิทัล 0 และ 1 ได้ในเวลาเดียวกัน โดยอาศัยหลักการ Superposition ของอนุภาค ไม่ว่าจะเป็นอนุภาคของแสงหรืออิเล็กตรอน ซึ่งมีสมบัติเป็น Duality(ทวิภาค) ที่สามารถประพฤติตนเป็นแสงหรือคลื่นก็ได้ โดย ณ ที่นี้จะประพฤติตนเป็นแสงเพื่อแสดงสมบัติการ Superposition ได้แบบแสงนั่นเองครับ(ตามสมบัติการแทรกสอดแบบเสริมของแสง)
เปรียบ Digital State ระหว่าง Classical Computer ที่จะเป็น 0 หรือ 1 อย่างใดอย่างหนึ่งในเวลาเดียวกันเท่านั้น ขณะที่ Quantum Computer จะเป็นไปในลักษณะของ Superposition ที่มีสองสถานะในเวลาเดียวกัน ที่มา https://www.sintef.no/en/projects/quantum-computing/
สำหรับการใช้งานจริงใน Quantum Computer จะใช้ วัสดุตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด(Superconductor) มาสร้างเป็นวงจรตัวนำยิ่งยวด(Superconducting Circuit) แล้วนำไปไว้ในถังสุญญากาศ ให้อุณหภูมิเข้าใกล้จุด “ศูนย์องศาสัมบูรณ์(Absolute Zero Degree)” หรือ 0 องศาเคลวิน หรือ -273.15 องศาเซลเซียส นั่นเอง ซึ่งเย็นซะยิ่งกว่าในอวกาศซะอีก หลังจากนั่นจะทำการดักจับอนุภาคในวงจรด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า(Electromagnetic Field) เพื่อทำการควบคุมอนุภาคในการจัดเก็บสถานะในแบบ Qubit ครับ
อุปกรณ์ของ Google ซึ่งเป็น Qubit จำนวน 9 หน่วย ที่มา Julian Kelly/Google
นอกจากนี้ Qubit ยังมีสมบัติของ “การพัวพันเชิงควอนตัม(Quantum Entanglement)” จากที่เกริ่นไปเพียงเล็กในหัวข้อก่อนหน้า การที่อนุภาคมีสมบัติที่ไม่เป็นอิสระต่อกัน แต่ยังมีอันตรกิริยาต่อกันอยู่ กล่าวคือ หาก Qubit สองตัวที่อยู่ห่างกันคนละที่ อีกตัวหนึ่งสถานะเปลี่ยน อีกตัวก็จะเปลี่ยนตาม ซึ่งในปัจจุบันยังไม่มีใครเข้าใจว่ามันมีกลไกการทำงานอย่างไรกันแน่…
อีกสิ่งที่จะไม่พูดถึงไม่ได้เลยคือ Decoherent
Decoherent => การที่ปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมเข้ามารบกวนการทำงานของ Qubit ไม่ว่าจะเป็นอุณหภูมิหรือการสั่นต่างๆ จะทำให้มีการประมวลผลของ Quantum Computer มีความผิดพลาดเกิดขึ้น สำหรับการป้องกันเบื้องต้นคือควบคุมห้องสุญญากาศที่บรรจุวงจรประมวลผล Qubit ให้ดีไม่ว่าจะเป็นอุณหภูมิหรือความดัน หรือการแก้ไขปัญหาโดยใช้ Smart Quantum Algorithms ในการชดเชยค่าของผลที่ประมวลได้ไป โดยเพิ่มจำนวน Qubit เข้ามาช่วยประมวลผลในจุดนี้นี่เอง
3) บทส่งท้าย
Classic Computer คือการลดขนาด ลดกระบวนการผลิตและเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์ จนไม่สามารถลดขนาดลงและรักษาความเสถียรได้ จน Electron เกิดการ Tunneling
Quantum Computer คือการเพิ่มขนาด โดยเพิ่มจำนวน Qubit ขึ้นเรื่อยๆจนไม่สามารถเพิ่มจำนวนและรักษาความเสถียรได้
Quantum Computer ในปัจจุบันยังเป็นเพียงแค่การเริ่มต้นเท่านั้น เหมาะสมต่อการใช้งานคือการใช้งานในการคำนวณเป็นหลัก และยังคงอีกยาวนานมากๆกว่าจะเข้าสู่ตลาดผู้ใช้ทั่วไปอย่างเราๆ สำหรับใครที่อยากลองเล่นดู ลองโปรแกรมมิ่งผ่าน Cloud Computing ตามที่แนะนำไปด้านบนได้ครับ
แต่ในอนาคต Quantum Computer เป็นที่จับตามองอย่างมากในการนำมาใช้ขับเคลื่อนเทคโนโลยีและระบบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น Artificial Intelligence, Autonomous Vehicle และ Robotics ในจุดนี้พวกเราได้แต่เฝ้าจับตามองกันต่อไป ว่ามันจะสามารถขับเคลื่อนมวลมนุษย์ไปได้ไกลเพียงใด…
บทความดั้งเดิม
https://medium.com/microsoft-student-partners-kmitl/%E0%B8%84%E0%B8%AD%E0%B8%A1%E0%B8%9E%E0%B8%B4%E0%B8%A7%E0%B9%80%E0%B8%95%E0%B8%AD%E0%B8%A3%E0%B9%8C%E0%B8%84%E0%B8%A7%E0%B8%AD%E0%B8%99%E0%B8%95%E0%B8%B1%E0%B8%A1-quantum-computer-%E0%B8%84%E0%B8%B7%E0%B8%AD%E0%B8%AD%E0%B8%B0%E0%B9%84%E0%B8%A3-254a1ec4d70b
- 2
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
