Page 67 - ไฟล Combine ส.ค.64 (1)_Neat

อธิบายการท�างานของ Quantum Computer แบบเข้าใจง่าย
ี
ี
ในขณะท่คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกจะมีหน่วยย่อยท่สุดของข้อมูลท่เรียกว่า บิต (Bit) ควอนตัมคอมพิวเตอร์
ี
ึ
ั
จะมีหน่วยประมวลผลแบบคิวบิต (Qubit) ซ่งย่อมาจากควอนตัมบิต (Quantum bit) น่นเอง โดยคอมพิวเตอร์
แบบคลาสสิกจะแทนค่าข้อมูลด้วย Bit ที่ประกอบด้วยค่า 1 หรือ 0 ทีละตัว แต่ควอนตัมคอมพิวเตอร์จะใช้คุณสมบัติ
ของคิวบิตที่สามารถประมวลผลค่า 1 และ 0 ได้ในเวลาเดียวกัน หรือ Quantum Superposition ด้วยค่า 1 และ
ื
ี
ี
ึ
0 ซ่งคิวบิตน้สามารถมีค่าได้สองสถานะพร้อมกัน โดยจะปรากฏในรูปแบบท่ชัดเจนก็ต่อเม่อถูกเราสังเกตแล้วเท่าน้น
ั
ื
ี
เม่อสถานะซ้อนทับท่เรียกว่า Superposition ถูกรบกวนจากภายนอกก็จะเกิดการยุบตัวของสถานะ (Collapses)
และให้ผลลัพธ์ที่มีค่าเป็น 1 หรือ 0 อย่างใดอย่างหนึ่ง
ี
ปกติคอมพิวเตอร์ท่วไป ถ้าม ๒ บิต ณ เวลาหน่งจะมีสถานะเดียวในความเป็นไปได้จานวน ๔ แบบคือ 00, 01, 10
ั
ึ
�
หรือ 11 ส่วน Quantum Computer ที่มี ๒ คิวบิต มันจะสามารถมีสถานะย่อยทั้งหมดที่เป็นไปได้ก็คือ 00, 01, 10
และ 11 ในเวลาเดียวกัน ในเครื่องมือที่มี ๓ คิวบิต เราจะได้ระบบที่อยู่ในสภาวะซ้อนทับของ ๘ สถานะย่อย หรือหาก
เพิ่มเป็น ๔ คิวบิต สถานะย่อยทั้งหมดที่เป็นไปได้ก็คือ ๑๖ สถานะย่อย และหากเพิ่มจ�านวนเป็น ๓๒ คิวบิต ส�าหรับ
ื
ึ
็
ี
ั
้
ื
่
่
ี
่
้
ั
ั
่
ี
ี
ั
เครองมอทแขงแกร่งนน เราสามารถทจะมสถานะย่อยทเป็นไปได้รวมทงหมดถง ๒^๓๒ เท่ากบ ๔.๓ พนล้าน
๒๑
สถานะย่อย ปัจจุบันจ�านวน ๗๒ บิต เท่ากับ ๔.๗ x ๑๐ ในเวลาเดียวกัน ดังนั้น หากเป็น ๓๐๐ บิต จะได้ ๒^๓๐๐
ท่มีจานวนมหาศาล ด็อกเตอร์ จิรวัฒน์ ต้งปณิธานนท์ กล่าวว่า “ควอนตัมคอมพิวเตอร์ท่มีขนาดหน่วยประมวลผล 300
ี
�
ี
ั
๑๗
qubits หน่วยความจ�าของควอนตัมคอมพิวเตอร์ก็จะมีมากกว่าจ�านวนอะตอมที่มีอยู่ทั้งหมดในจักรวาล”
Quantum Computer สร้างขึ้นอย่างไร ?
ทรานซิสเตอร์หรือหน่วยประมวลผลในปัจจุบันมีขนาดเหลือเพียงไม่ก่สิบอะตอม หาก “ขนาด” หน่วยประมวลผล
ี
ิ
ิ
เล็กลงไปเหลือ 1 อะตอม ความเร็วของคอมพิวเตอร์จะถึงจุดส้นสุดเนื่องจากเป็นกฎของธรรมชาต เรียกว่า “Classical
Physics” แต่ในวิชาฟิสิกส์ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าเมื่อลดขนาดเล็กลงไปถึงระดับอะตอมในที่อุณหภูมิเย็นยะเยือก
ี
กฎเกณฑ์ทางฟิสิกส์หรือกฎของธรรมชาติจะเปล่ยนไป เรียกว่า “Quantum Physics” อันเป็นท่มาของความเร็วท่เหมือน
ี
ี
ึ
่
่
ั
ื
์
�
ี
ุ
้
ิ
ั
ิ
่
ื
ั
ี
่
ี
ู
ไมมวนสนสดของคอมพวเตอร เปนกฎทอย “เหนอสามญสานก” ปรากฏการณทเกดขนมา 3 แบบ คอ (๑) อะตอมตวหนง ึ ่
ิ
้
ึ
็
์
้
ี
ื
่
้
ี
�
่
สามารถอยูหลายตาแหนงไดในเวลาเดยวกน (Quantum Superposition) เปรยบเสมอนอะตอมสามารถอยู ซาย - ขวา
่
ั
ล่าง - บน ในเวลาเดียวกัน (๒) อะตอมสามารถทะลุผ่านก�าแพงได้โดยไม่ต้องกระโดดข้าม (Quantum Tunneling)
และ (๓) อะตอมสองตัวท่อยู่ห่างกันสามารถส่อสารกันได้ โดยไม่ต้องมีการส่งสัญญาณหากัน (Quantum Entanglement)
ื
ี
คิวบิตแบบเดี่ยว ๆ นั้นประกอบไปด้วย ระบบควอนตัมเชิงกลสองระดับ โดยอนุภาคย่อยของอะตอมแบบเดี่ยว
นั้นสามารถที่จะเปลี่ยนจากภาวะปกติไปเป็นสถานะกระตุ้น (Excited State) ซึ่งเป็นสภาพของอะตอมที่มีอิเล็กตรอน
อยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่า เมื่อได้รับพลังงานจากภายนอก ทั้งนี้อนุภาคที่เป็นองค์ประกอบของอะตอม จะประกอบ
ึ
ไปด้วยโปรตอน นิวเคลียส หรือแม้แต่อิเล็กตรอน ซ่งแต่ละตัวจะมีค่าเทียบเท่า 1 และ 0 ได้ในเวลาเดียวกัน ยกตัวอย่าง
เช่น นิวเคลียส ที่แสดงให้เห็นสถานะทางควอนตัมเป็น 1 หรือ 0 ผ่านการวางตัวตามทิศของสนามแม่เหล็กที่มีทั้งแบบ
Spin - up หรือ Spin - down
ึ
ี
ั
หน่งในการทดลองของสหรัฐอเมริกา ใช้อะตอมของฟอสฟอรัสแบบเด่ยว ๆ ห่อหุ้มไว้ภายในชิปซิลิคอน และติดต้งไว้กับ
ทรานซิสเตอร์ตัวเล็ก ๆ โดยมหาวิทยาลัย MIT ได้ท�าการทดลองกับคิวบิตที่อาศัยการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมนี้
และท�าให้ลอยตัวอยู่ในพื้นที่ว่างโดยใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ส�าหรับอิเล็กตรอนที่จะใช้ในตัวอย่างนี้ ในขั้นตอนแรกนั้น
มันจะต้องลอยตัวอยู่ในสนามแม่เหล็กท่แข็งแกร่ง โดยใช้ Superconducting Magnets หรือโซลินอยด์ขนาดใหญ่
ี
นาวิกศาสตร์ 65
ปีที่ ๑๐๔ เล่มที่ ๘ สิงหาคม ๒๕๖๔