ก้าวสู่ยุคใหม่ ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม

โดย...โยโมทาโร่

 ยุคสมัยที่เคยแข่งขันกันพัฒนาความเร็วซีพียู ด้วยการลดขนาดเทคโนโลยีการผลิตระดับไมครอนที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ กำลังจะกลายเป็นสินค้าคลาสสิกในอีก 15 ปีข้างหน้า เมื่อนักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างควอนตัม คอมพิวติ้ง (Quantum Computing) ได้สำเร็จ

 จนกลายเป็นคอมพิวเตอร์ที่มีความเร็วในการประมวลผลเร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป 100 ล้านเท่า สามารถประมวลผลคำนวณทางฟิสิกส์ขององค์การนาซ่าที่ต้องใช้เวลาเป็นปีให้เสร็จได้ในเวลาไม่กี่วินาที

 แต่เดิมที่กฎของมัวร์ บรมครูแห่งวงการคอมพิวเตอร์ ได้กล่าวไว้ว่าทรานซิสเตอร์ในวงจรไอซีจะมีจำนวนเพิ่มขึ้นเป็นเท่าตัวทุกๆ 2 ปี ในวงจรขนาดเท่าเดิม หากกฎข้อนี้ยังคงเป็นจริงไปเรื่อยๆ สักวันหนึ่งทรานซิสเตอร์ก็จะมีขนาดเล็กลงจนแทบจะเท่ากับอะตอม แต่กว่าจะถึงเวลานั้นมันนานเกินไป

 ในเมื่อโลกใบนี้ได้รู้จักกับควอนตัมฟิสิกส์แล้ว กฎของมัวร์ก็คือนิยามของคอมพิวเตอร์ในกรอบทฤษฎีเดิมๆ ที่ไม่ได้อยู่ในโลกของฟิสิกส์สมัยใหม่ นักวิทยาศาสตร์จึงได้ทดลองนำคุณสมบัติบางประการในฟิสิกส์ควอนตัมมาใช้ในการคำนวณ แล้วเรียกว่า "การประมวลผลควอนตัม" ตั้งแต่ปี 2523

 นั่นก็เมื่อ 37 ปีมาแล้วสินะ ทว่าในช่วงเวลานั้นยังอยู่ในยุคเริ่มต้นที่เทคโนโลยีในการพัฒนาและวัดผลคงมีอยู่อย่างจำกัด จนมีคณิตกรพัฒนาอัลกอริทึม หรือเรียกง่ายๆ ว่าชุดโปรแกรมคำนวณวิธีการและรูปแบบคำนวณ เพื่อมาใช้เฉพาะควอนตัม คอมพิวติ้ง โดยเฉพาะเมื่อประมาณ พ.ศ. 2537 จึงทำให้โลกได้เข้าใกล้กับเทคโนโลยีนี้มากขึ้น จนได้ศัพท์คอมพิวเตอร์รูปแบบใหม่ก็คือ คิวบิต (Qubit - Quantum Bit)

 ว่าแล้วก็ต้องย้อนความรู้กันอีกนิด ปกติแล้วสถานะที่เล็กที่สุดในหน่วยคอมพิวเตอร์คือ บิต (bit) ซึ่งเราจะรู้จักในสถานะ 0 และ 1 หรือวงจรไฟฟ้าเปิดและปิดตามแต่จะเรียก แต่คิวบิตจะไม่ได้อยู่ในสถานะทั้งสองอย่าง แต่เป็นหน่วยอนุภาคระดับควอนตัม เคลื่อนไหวคำนวณในระดับเดียวกับอนุภาคแสง เล็กเสียยิ่งกว่าเราจะคิดว่ามันมีอยู่จริง นั่นทำให้โปรแกรมการคำนวณต้องแตกต่างไปจากเดิม

 สมมติว่าเราต้องการไขรหัส 10 ตัว โปรแกรมแบบเดิมด้วยคอมพิวเตอร์ที่ใช้อยู่จะสร้างกุญแจทีละดอกเพื่อไขรหัสนั้นไปทีละตัวจนครบ 10 ตัว ซึ่งใช้เวลานานหากต้องการให้เร็วขึ้น ก็จำเป็นจะต้องเพิ่มระดับพลังงานและซีพียูเพื่อเร่งความเร็วในการไขรหัสให้เร็วขึ้น

 ลองตั้งสังเกตง่ายๆ ก็คือเวลาที่คุณจะทำงานล็อกอิน จะเข้าได้แค่ล็อกอินเดียว หรือเวลาโอนย้ายไฟล์งานก็จะทำได้แค่ทีละไฟล์จนกว่าจะครบ แต่สำหรับควอนตัม คอมพิวติ้ง จะสามารถสร้างกุญแจได้พร้อมกัน 10 ดอกแล้วทำการไขรหัสทั้ง 10 ตัวไปพร้อมกันคราวเดียว

 นักวิทยาศาสตร์เรียกกระบวนการนี้ว่า การประมวลผลควอนตัมแบบขนาน (Quantum Parallelism) ส่งผลให้มีความเร็วมากกว่าร้อยเท่า และสามารถถอดรหัสได้ทุกอย่างขอเพียงมีอัลกอริทึมที่เหมาะสม แต่นักวิทยาศาสตร์เอง ก็ได้หาวิธีการเข้ารหัสรูปแบบอื่นเพื่อสร้างความปลอดภัยให้กับผู้ใช้เอาไว้แล้ว

 อย่างไรก็ดี ข้อเสียของควอนตัม คอมพิวติ้ง ด้วยการที่เครื่องใช้คิวบิตซึ่งเป็นอนุภาคในการคำนวณ จึงมีความไม่เสถียรหากเกิดการรบกวนจากสิ่งแวดล้อม เช่น คลื่นแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าที่ไม่นิ่ง แสง หรือปัจจัยอื่นๆ ทำให้ ควอนตัม คอมพิวติ้ง ยังคงถูกจำกัดในการใช้งานเฉพาะด้าน และอยู่ในรูปแบบของห้องเซอร์เวอร์เท่านั้น

 ตัวอย่างบริษัทที่นำ ควอนตัม คอมพิวติ้ง มาใช้ก็คือ กูเกิล ที่กำลังพัฒนาผลงานด้าน เอไอ หรือปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence) ด้วยเครื่อง D-Wave Two  เพื่อใช้ใน Quantum Artificial Intelligence Lab ของกูเกิล เพื่อนำมาใช้แก้ปัญหาคอมพิวเตอร์ที่มีความซับซ้อนสูง และผลก็คือสามารถคำนวณได้เร็วว่าคอมพิวเตอร์ที่ใช้เทคโนโลยีเดิมถึง 100 ล้านเท่า

 คาดการณ์ว่ากว่าเทคโนโลยีนี้จะได้รับการพัฒนาจนถึงมือผู้บริโภคทั่วไป อาจจะต้องใช้เวลาอีกประมาณ 15 ปี เมื่อถึงเวลานั้น ทุกอย่างจะทำงานได้เร็วแค่กะพริบตา ไม่ต้องรอโหลดข้อมูลเหมือนเช่นคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันอีกต่อไป