การประมวลผลเชิงควอนตัมได้สร้างความหวังในการปฏิวัติพลังการคำนวณมาอย่างยาวนาน แต่ติดขัดด้วยความท้าทายทางเทคนิค โดยเฉพาะอัตราความผิดพลาดที่เพิ่มขึ้นตามขนาดของระบบ การประกาศล่าสุดของ Google ถือเป็นจุดเปลี่ยนทางประวัติศาสตร์ในการเดินทางครั้งนี้ ซึ่งอาจนำเราเข้าใกล้การประยุกต์ใช้การคำนวณเชิงควอนตัมในทางปฏิบัติมากขึ้น
ความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่
โปรเซสเซอร์ควอนตัม Willow ตัวใหม่ของ Google ได้แสดงให้เห็นความสำเร็จที่น่าทึ่งสองประการซึ่งอาจเปลี่ยนโฉมหน้าอนาคตของการคำนวณเชิงควอนตัม ที่สำคัญที่สุดคือ สามารถทำการคำนวณเสร็จสิ้นในเวลาไม่ถึง 5 นาที ซึ่งหากใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในโลกอย่าง Frontier จะต้องใช้เวลาประมาณ 10 เซปทิลเลียนปี ซึ่งเป็นระยะเวลาที่ยาวนานกว่าอายุของจักรวาลในปัจจุบัน
การเปรียบเทียบทางประวัติศาสตร์:
- ปี 2019: Google Sycamore - ใช้เวลา 200 วินาที เทียบกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ต้องใช้เวลา 10,000 ปี
- ปี 2024: Google Willow - ใช้เวลา 5 นาที เทียบกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ต้องใช้เวลา 10 เซปทิลเลียนปี
การลดข้อผิดพลาดที่ปฏิวัติวงการ
จุดเด่นที่น่าทึ่งที่สุดของการออกแบบ Willow คือความสามารถในการลดข้อผิดพลาดเมื่อระบบมีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งเป็นการแก้ปัญหาที่รบกวนการคำนวณเชิงควอนตัมมาเกือบ 30 ปี เมื่อทดสอบอาร์เรย์ของคิวบิตที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จากตาราง 3x3 เป็น 5x5 และ 7x7 ทีมวิจัยสามารถลดอัตราข้อผิดพลาดลงได้แบบเอกซ์โพเนนเชียล โดยลดลงครึ่งหนึ่งในทุกๆ การเพิ่มขนาด ความสำเร็จที่ต่ำกว่าเกณฑ์นี้ถือเป็นการค้นพบที่สำคัญในการคำนวณเชิงควอนตัม
เกณฑ์การวัดประสิทธิภาพของชิปควอนตัม Willow:
- เวลาในการประมวลผล: น้อยกว่า 5 นาที
- เวลาเทียบเท่าที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมต้องใช้: 10 เซปทิลเลียนปี
- การทดสอบการจัดวางคิวบิตในรูปแบบตาราง: 3x3, 5x5, 7x7
- การลดข้อผิดพลาด: ลดลง 50% ในทุกๆ การขยายขนาด
นวัตกรรมทางเทคนิค
ต่างจากคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมที่ใช้บิตแบบไบนารี (0 หรือ 1) Willow ใช้คิวบิตหรือบิตควอนตัมที่สามารถมีหลายสถานะพร้อมกันผ่านการซ้อนทับเชิงควอนตัม คุณสมบัตินี้ช่วยให้มีความสามารถในการคำนวณที่พิเศษ แต่เดิมมักมาพร้อมกับอัตราข้อผิดพลาดที่เพิ่มขึ้นเมื่อระบบมีขนาดใหญ่ขึ้น สถาปัตยกรรมของ Willow สามารถรักษาความเชื่อมโยงควอนตัมไว้ได้ขณะที่มีการขยายขนาด โดยทำงานที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์เพื่อให้เกิดภาวะตัวนำยิ่งยวด
การประยุกต์ใช้ในโลกจริง
แม้ว่าการทดสอบเกณฑ์มาตรฐานในปัจจุบันที่ใช้การสุ่มตัวอย่างวงจร (RCS) จะยังไม่มีการประยุกต์ใช้งานในทันที แต่ก็แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในการแก้ปัญหาที่เกินขีดความสามารถของระบบแบบดั้งเดิม ทีมควอนตัมของ Google คาดการณ์ว่าการใช้งานเชิงพาณิชย์อาจเกิดขึ้นได้ในเวลาเพียง 3-5 ปี แทนที่จะเป็นหลายทศวรรษ ปัจจุบันการประยุกต์ใช้การคำนวณเชิงควอนตัมรวมถึงการพัฒนายาและการออกแบบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
นัยสำคัญในอนาคต
ความก้าวหน้านี้เป็นความสำเร็จขั้นที่สามในแผนงานควอนตัม 6 ขั้นตอนของ Google เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ไขข้อผิดพลาดได้อย่างสมบูรณ์ ความสำเร็จนี้บ่งชี้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจสามารถช่วยพัฒนาการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในด้านที่เข้าถึงไม่ได้มาก่อน โดยเฉพาะในการศึกษาระบบควอนตัมที่ซับซ้อนและการประยุกต์ใช้ปัญญาประดิษฐ์ที่ผลกระทบเชิงควอนตัมมีบทบาทสำคัญ