รู้จัก ‘ควอนตัมคอมพิวเตอร์’ (ฉบับชาวบ้าน) ก่อนโลกจะกลายเป็นนิยาย Sci-Fi

‘ควอนตัมคอมพิวเตอร์’ คือเทคโนโลยีใหม่ที่จะพลิกโลกทั้งใบ จนถึงขั้นเปลี่ยนนิยายวิทยาศาสตร์ให้กลายเป็นความจริง

เพราะควอนตัมคอมพิวเตอร์จะทำให้ ‘หน่วยประมวลผล’ ของคอมพิวเตอร์คิดได้เร็วขึ้นเป็นทวีคูณ

วารสาร MIT Technology Review ระบุว่าเป็นความเร็วที่ ‘เกินจะจินตนาการได้’ (Nobody has yet envisioned.)

ความเร็วของหน่วยประมวลผลระดับนี้จะทำให้คอมพิวเตอร์เรียนรู้ได้เร็วขึ้นมหาศาล

นั่นหมายความว่า คอมพิวเตอร์จะ ‘ฉลาด’ ขึ้นในอัตราเดียวกัน

การมาถึงของควอนตัมคอมพิวเตอร์จึงเปรียบเสมือนคันเร่งที่จะพาโลกพุ่งเข้าสู่ยุคปัญญาประดิษฐ์ที่แท้จริง

คำถามคือ ควอนตัมคอมพิวเตอร์ คืออะไร? มาเมื่อไหร่? และจะเปลี่ยนชีวิตเราอย่างไร?

จิรวัฒน์ ตั้งปณิธานนท์ หรือ ‘ทิว’ นักฟิสิกส์ ดีกรีตรี-โท มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ และกำลังเรียนปริญญาเอก ที่ศูนย์เทคโนโลยีควอนตัม (CQT) มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (NUS) ถามคำถามข้างต้นกับผู้ฟังในงานสัมมนา Quantum Computer เทคโนโลยีเปลี่ยนโลก

ก่อนจะค่อยๆ ตอบทีละคำถาม และชี้ชวนให้ดูโลกอนาคตที่ (อาจ) ไม่เหมือนเดิม

 

อนาคตของคอมพิวเตอร์

ทุกคนมีสมาร์ทโฟน ถ้าสมาร์ทโฟนคือตัวแทนของคอมพิวเตอร์บนโลกใบนี้ เคยสังเกตไหมว่า หน่วยประมวลผลของสมาร์ทโฟนเร็วขึ้นทุกๆ ปี

ทิว-นักฟิสิกส์หนุ่มบอกว่า “นี่คือกฎของมัวร์”

กฎของมัวร์ (Moore’s Law) ระบุว่า ปริมาณของทรานซิสเตอร์บนแผงวงจร (นัยหนึ่งคือความเร็วในการประมวลผล) จะเพิ่มเป็นเท่าตัวทุกๆ 2 ปี

คำถามคือ ความเร็วของหน่วยประมวลผลจะเร็วไปถึงจุดไหน?

กอร์ดอน มัวร์ (Gordon Moore) เจ้าของทฤษฎีกฎของมัวร์ บอกว่า ความเร็วที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวพันกับ ‘จำนวน’ ที่เพิ่มขึ้น และ ‘ขนาด’ ที่เล็กลงเรื่อยๆ ของหน่วยประมวล

 

ทรานซิสเตอร์หรือหน่วยประมวลผลในปัจจุบัน มีขนาดเหลือเพียงไม่กี่สิบอะตอมเท่านั้น (ทิวบอกว่า น่าจะประมาณ 70 อะตอม)

คำถามต่อไปคือ เมื่อ ‘ขนาด’ หน่วยประมวลผลเล็กลงไปเหลือ 1 อะตอม ความเร็วของคอมพิวเตอร์จะถึงจุดสิ้นสุดหรือไม่?

ถ้าดูจากอัตราการเพิ่มขึ้นของหน่วยประมวลผลในช่วง 100 ปีที่ผ่านมา เราคาดเดาว่าอีกไม่เกินห้าหรือสิบปีข้างหน้า กฎของมัวร์จะถึงจุดสิ้นสุด

คอมพิวเตอร์จะไม่มีวันเร็วไปได้มากกว่านี้ เพราะนี่คือกฎของธรรมชาติ

ทว่าทิวบอกว่า ในวิชาฟิสิกส์ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่ากฎของธรรมชาติไม่ได้มีกฎเดียว

 

กฎธรรมชาติที่ ‘เหนือสามัญสำนึก’ ของอะตอม

กฎที่อธิบายการเคลื่อนไหวของสิ่งต่างๆ ที่เราเห็นในชีวิตประจำวัน เราเรียกว่า ‘Classical Physics’ ซึ่งเป็นข้อจำกัดที่จะทำให้กฎของมัวร์ถึงจุดสิ้นสุด

และกฎที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบเมื่อร้อยกว่าปีที่ผ่านมา ว่าเมื่อลดขนาดเล็กลงไปถึงระดับ ‘อะตอม’ ในที่อุณหภูมิเย็นยะเยือก กฎเกณฑ์ทางฟิสิกส์หรือกฎของธรรมชาติจะเปลี่ยนไป เราสิ่งนี้เรียกว่า ‘Quantum Physics’ อันเป็นที่มาของความเร็วที่เหมือนไม่มีวันสิ้นสุดของคอมพิวเตอร์

กฎธรรมชาติในโลกของควอนตัมนั้นเป็นกฎที่อยู่ ‘เหนือสามัญสำนึก’ ทิวยกตัวอย่างปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นมา 3 ปรากฎการณ์

ปรากฎการณ์ 1: อะตอมตัวหนึ่งสามารถอยู่หลายตำแหน่งได้ในเวลาเดียวกัน (Quantum Superposition) เปรียบเสมือนอะตอมสามารถอยู่ ซ้าย-ขวา ล่าง-บน ในเวลาเดียวกัน

ปรากฎการณ์ 2: อะตอมสามารถทะลุผ่านกำแพงได้โดยไม่ต้องกระโดดข้าม (Quantum Tunneling)

ปรากฎการณ์ 3: อะตอมสองตัวที่อยู่ห่างกันสามารถสื่อสารกันได้ โดยไม่ต้องมีการส่งสัญญาณหากัน (Quantum Entanglement)

แน่นอน กฎเหล่านี้แปลกประหลาด เราไม่เคยเห็นสิ่งเหล่านี้ในชีวิตประจำวัน แต่ว่าในระดับอะตอมนี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นบนทฤษฎีควอนตัมฟิสิกส์ที่ผ่านการพิสูจน์ในช่วงร้อยกว่าปีที่ผ่านมา จนไม่มีใครกังขาเรื่องความถูกต้องของทฤษฎี

เมื่อนำกฎของควอนตัม ซึ่งเป็นกฎธรรมชาติกฎใหม่มาสร้างคอมพิวเตอร์ ประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์จึงเปลี่ยนไปจน ‘เหนือสามัญสำนึก’ เหมือนเช่นโลกของควอนตัม

แล้วเราเอากฎธรรมชาตินี้มาสร้างคอมพิวเตอร์อย่างไร?

 

รู้จักควอนตัมคอมพิวเตอร์

การจะตอบคำถามนี้ได้ต้องกลับมาดูพื้นฐานการทำงานของคอมพิวเตอร์วันนี้

คอมพิวเตอร์ปกติ มีหน่วยย่อยที่สุดของข้อมูล เรียกว่า บิท (bit)

1 bit มีค่า ไม่ ‘0’ ก็ ‘1’

8 bits เป็น 1 byte

อย่างหน่วยที่เราคุ้นเคย เช่น 1 Megabyte, Mega (อ่านว่า “เมกะ”) แปลว่า 1 ล้าน

ถ้าเรามีไฟล์รูปขนาด 1  Megabyte หรือ 1 MB ก็หมายความว่า ไฟล์รูปมี 1,000,000 bytes หรือ 8,000,000 bits หรือเลข ‘0’ หรือ ‘1’ เรียงกัน 8 ล้านตัว

ส่วนควอนตัมคอมพิวเตอร์ หน่วยประมวลผลเรียก ‘คิวบิท’ (qubit) ย่อมาจาก ควอนตัมบิท ซึ่งจะมีพลังและวิธีการประมวลผลที่ต่างจากคอมพิวเตอร์ทั่วไปตามกฎของควอนตัม

ถ้าเปรียบหน่วยประมวลผลปกติ 1 bit จะเหมือนเหรียญที่พลิกหน้าหลังได้ด้านใดด้านหนึ่ง คือเป็น 0 หรือ 1

แต่ 1 qubit จะเหมือนเหรียญที่อยู่บนไจโรสโคป (Gyroscope: อุปกรณ์ที่มีล้อหมุนเร็วบรรจุอยู่ในกรอบ หมุนเอียงได้ทุกทิศทางอย่างอิสระ) สามารถเป็น 0 และ 1 ได้ในเวลาเดียวกัน

การเปรียบเทียบดังกล่าวเป็นแค่การเปรียบเทียบคร่าวๆ เท่านั้น เพราะเมื่อเป็น 2 qubit ไม่ได้หมายความว่า เหรียญอยู่บนไจโรสโคป 2 ตัว ทว่าเปรียบเสมือนอยู่บนไจโรสโคปตัวเดียว แต่หมุนอยู่ในอวกาศ 7 มิติ

ฟังดูอาจเข้าใจยาก นักฟิสิกส์หนุ่มเพียงอยากจะบอกว่า 1 qubit นั้นทรงประสิทธิภาพกว่า 1 bit ของคอมพิวเตอร์ทั่วไปมหาศาล

“ควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดหน่วยประมวลผล 50 qubits จะมีศักยภาพการคำนวณหรือหน่วยความจำใหญ่เทียบเท่าหรือมากกว่าซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีอยู่

“และถ้ามี 300 qubits หน่วยความจำของควอนตัมคอมพิวเตอร์ก็จะมีมากกว่าจำนวนอะตอมที่มีอยู่ทั้งหมดในหนึ่งจักรวาล”

 

นิยาย Sci-Fi จะกลายเป็นจริง?

พลังประมวลผลอัน ‘เกินจินตนาการ’ จากกฎธรรมชาติใหม่ที่เหนือสามัญสำนึก จะทำให้คอมพิวเตอร์และจักรกลยุคต่อไป คิดได้เร็วและฉลาดขึ้นทบทวี เหมือนเช่นการคิดหาทางออกจากปัญหา

เปรียบคอมพิวเตอร์ทั่วไปเหมือนคนคนหนึ่งที่พยายามหาทางออกจากเขาวงกตด้วยการดุ่มเดินไปเรื่อยๆ แต่ควอนตัมคอมพิวเตอร์จะทำให้คนนั้นแยกร่าง และพยายามหาทุกความเป็นไปที่จะออกจากเขาวงกตในเวลาเดียวกัน

ปัญญาประดิษฐ์และสิ่งประดิษฐ์แบบนิยาย Sci-Fi จะกลายเป็นจริง ระบบที่มีอยู่จะกลายเป็นสิ่งไร้ประสิทธิภาพและถูกรื้อถอน เช่น ระบบความปลอดภัย RSA ของคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน ที่คอมพิวเตอร์วันนี้ใช้เวลาเจาะระบบเป็นพันปี แต่ควอนตัมคอมพิวเตอร์ใช้เวลาแค่ไม่กี่นาที

นี่คือสิ่งที่จะเกิดขึ้นในอนาคตอันใกล้ในช่วงเวลา “อีกไม่กี่สิบปี” เพราะระหว่างที่โลกหมุนอยู่ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ในหลายประเทศและบริษัทยักษ์ใหญ่กำลังมุ่งมั่นพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ไปข้างหน้า แม้ปัจจุบันจะก้าวข้ามปัญหาเรื่องของหน่วยประมวลผล (ขนาดราวๆ 1 เซนติเมตร) ที่ต้องอยู่ในเครื่องทำความเย็นยะเยือก (เกือบ -273.15 องศาเซลเซียส) ที่มีขนาดใหญ่ ด้วยการเชื่อมต่อการทำงานผ่านระบบอินเทอร์เน็ต แต่ก็ยังมีโจทย์ใหญ่ที่ต้องแก้ไขและพัฒนา คือควบคุม ‘อะตอม’ ที่มีธรรมชาติไม่อยู่นิ่งหลายๆ ตัว ให้ทำงานร่วมกันได้

1 qubit เท่ากับ 1 อะตอม ยิ่งควบคุมอะตอมได้มากเท่าไหร่ ประสิทธิภาพของควอนตัมคอมพิวเตอร์จะสูงมากเท่านั้น

“หน่วยประมวลที่มีอยู่ตอนนี้ ยังมีแค่ 10-20 qubits เท่านั้น ยังไม่เยอะมาก และยังเป็น qubit ที่ยังไม่เสถียร

“แต่ในอีก 2-3 ปีข้างหน้า ทางกูเกิ้ลและอีกหลายบริษัท พยายามจะสร้างหน่วยประมวลผล 50-60 qubits ขึ้นมา โอเค อาจจะยังไม่เสถียร 100% แต่มันสามารถทำงานบางอย่างที่คอมทั่วไปทำไม่ได้”

ถามว่า เราเดินมาไกลแค่ไหนแล้ว? ทิวตอบว่า

“ถ้าจุดหมายคือ 100% ตอนนี้เรามาถึง 50% แล้ว เพราะเมื่อยี่สิบปีที่แล้ว เรายังไม่รู้เลยว่าจะควบคุมอะตอมได้ยังไง แต่ตอนนี้เรารู้วิธีควบคุมได้แล้ว ปัญหาคือจะควบคุมอะตอมหลายๆ ตัวได้ยังไง

“แต่จุดที่น่าสนใจคือ เราไม่ต้องรอให้ถึง 100% ก็ได้ แค่ทำได้ 70-80% เราก็สามารถใช้ประโยชน์จาก ‘การทำงานเฉพาะอย่าง’ ได้มากกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปแล้ว”

มนุษย์กับอนาคตที่ไม่มีใครล่วงรู้

วกกลับมาคำถามที่ช่วงต้นบทความ…

ควอนตัมคอมพิวเตอร์ คืออะไร? – หลายคนคงตอบได้แล้ว

จะมาเมื่อไหร่? – มาแล้ว

จะเปลี่ยนชีวิตของเราอย่างไร? – ทิวเปิดภาพนี้แทนคำตอบ…

นี่คือภาพที่นักวิทยาศาสตร์เมื่อศตวรรษที่ 19 พยายามจินตนาการถึงเทคโนโลยีในศตวรรษที่ 20 ก่อนจะพบว่า ไม่มีอะไรเหมือนกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริง

บทเรียนหนึ่งของมนุษย์คือ “เราไม่เคยเดาอนาคตได้เลย”

ดังนั้น ชีวิตมนุษย์ในอนาคตอาจจะเป็นอย่างไร  ไม่มีใครล่วงรู้ แต่สิ่งที่จะเกิดขึ้นแน่ๆ คือความเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ ที่กำลังเดินทางเข้ามาใกล้เรามากขึ้นเรื่อยๆ

มนุษย์จะต้องปรับตัว เพื่อรับมือกับโลกที่เปลี่ยนไป

ส่วนจะปรับอย่างไร บางทีพระเจ้าอาจกระซิบบอกความลับนี้ ผ่านวิธีที่ใช้ในการสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์

นั่นคือ ‘จงลืมวิธีสร้างคอมพิวเตอร์แบบเดิมๆ ไปให้หมด’