คอมพิวเตอร์ควอนตัมมาแล้ว! จริงกว่าที่คิด
ดูเหมือนว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเข้ามาเปลี่ยนแปลงการประมวลผลสมัยใหม่ที่เราคุ้นเคย ด้วยพลังการคำนวณที่เหนือชั้น พวกมันจะสามารถทำสิ่งที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไปไม่สามารถจินตนาการได้
อย่างไรก็ตาม ความเป็นจริงของคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาแล้ว! ยังไม่เป็นไปตามกระแสที่โหมกระหน่ำ การอ้างถึง "ความได้เปรียบเชิงควอนตัม" (Quantum Advantage) – ปัญหาที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปไม่สามารถแก้ไขได้ แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำได้ – กลับถูกวิพากษ์วิจารณ์จากทั้งผู้ที่สงสัยและผู้ที่ชื่นชอบในวงการ แน่นอนว่าเราได้เห็นความก้าวหน้าที่น่าประทับใจอย่างแท้จริง ทั้งในเชิงทฤษฎีและการทดลอง แต่หลายครั้งก็เป็น "ความสำเร็จ" ที่ถูกสร้างขึ้นมาโดยที่ไม่ได้มีการนำไปประยุกต์ใช้จริงในโลก
ผมเองก็เริ่มที่จะกลายเป็นผู้ที่ชื่นชอบในคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาแล้ว! มากขึ้นเรื่อยๆ แต่ถึงอย่างนั้น การกลั่นกรองข้อมูลที่บางครั้งก็เกินจริงไปบ้าง ก็ทำให้รู้สึกเหนื่อยหน่ายและไร้ประโยชน์ ดังนั้น ลองถอยกลับมาตั้งหลักสักหน่อยดีกว่า เทคโนโลยีควอนตัมจะทำอะไรให้เราได้บ้าง? เรามาไกลแค่ไหนแล้ว? และเราควรรับมือกับการประชาสัมพันธ์เกี่ยวกับความสำเร็จของควอนตัมที่ถูกเรียกว่าสุดยอดในรอบสัปดาห์ที่หกได้อย่างไร? เพื่อที่จะพูดคุยถึงคำถามเหล่านี้ (หรือมากกว่านั้นคือการกลั่นกรองข้อมูลที่มากเกินไป) ทาง Gizmodo ได้เดินทางไปที่สำนักงานของ IBM ในแมนฮัตตันเพื่อพูดคุยกับ Jerry Chow ผู้อำนวยการของ IBM Quantum บทสนทนาต่อไปนี้ได้รับการแก้ไขเล็กน้อยเพื่อให้มีความถูกต้องและชัดเจนทางไวยากรณ์
Gayoung Lee, Gizmodo: สมมติว่าฉันเป็นคนที่คิดว่า "โอ้ การคำนวณเชิงควอนตัมเป็นเรื่องไร้สาระ" ทำไมฉันถึงต้องสนใจเกี่ยวกับความได้เปรียบเชิงควอนตัมด้วย?
Jerry Chow: ในท้ายที่สุด ผมคิดว่าเป้าหมายของเราคือการนำการคำนวณเชิงควอนตัมที่เป็นประโยชน์มาสู่โลก และส่วนสำคัญของการคำนวณเชิงควอนตัมคือ เรามีโอกาสที่จะสร้างการคำนวณที่แตกต่างจากการคำนวณที่มีอยู่ในปัจจุบัน มีข้อความทางคณิตศาสตร์ที่แสดงสิ่งนั้น หรือมีอัลกอริทึมที่พิสูจน์ได้จริง ๆ ว่าการคำนวณเชิงควอนตัมสามารถ [เหนือกว่า] การคำนวณแบบคลาสสิกได้อย่างแท้จริง เช่น การแยกตัวประกอบเลขจำนวนมากเพื่อทำลายการเข้ารหัส หรือการจำลองโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนมาก อัลกอริทึมของ Grover และทิศทางที่พิสูจน์ได้ด้วยปากกาและกระดาษทั้งหมดนั้น
แต่อีกคำถามหนึ่งคือ เราจะทำอะไรกับสิ่งที่เรากำลังสร้างอยู่ได้บ้าง? นั่นเป็นสิ่งที่แตกต่างอย่างมากจากการบอกว่ามีความได้เปรียบสำหรับปัญหาประเภทใดประเภทหนึ่ง หรือมีความได้เปรียบในแง่ของการดีกว่าเทคนิคคลาสสิกทั้งหมดที่คุณอาจนำมาใช้ เมื่อคุณต้องการแก้ปัญหา คุณมี GPU, CPU, คอมพิวเตอร์ทั้งหมดในโลก และอัลกอริทึมทั้งหมดในโลกให้คุณนำมาใช้กับปัญหานั้นใช่ไหม?
ความได้เปรียบเชิงควอนตัมคือ ตอนนี้เราสามารถใช้การคำนวณเชิงควอนตัม บวกกับสิ่งที่เรามีอยู่แล้ว – ทรัพยากรคลาสสิก – เพื่อแก้ปัญหาได้ถูกกว่า เร็วกว่า หรือแม่นยำกว่า
Gizmodo: นั่นเป็นการเบี่ยงเบนไปอย่างมากจากประเด็นยอดนิยมที่ว่า "การคำนวณเชิงควอนตัมจะเปลี่ยนการคำนวณไปตลอดกาล!"
Chow: ผมมองว่าความได้เปรียบเชิงควอนตัมเป็นสิ่งที่ค่อยเป็นค่อยไป ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนทุกสิ่งที่เราสามารถคำนวณได้ นั่นเป็นวิธีที่ GPU [หน่วยประมวลผลกราฟิก] จำนวนมากขยายขนาดขึ้นมาเช่นกัน เห็นได้ชัดว่าพวกมันถูกใช้สำหรับเกม ซึ่งอาจเป็นพื้นที่เฉพาะ แต่พวกมันเติบโตอย่างมากด้วยกลยุทธ์การคำนวณระดับชาติที่ใช้ประโยชน์จากมันสำหรับ HPC แบบคลัสเตอร์ [คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง] และสำหรับผู้ที่ศึกษาโครงสร้างโมเลกุล จักรวาลวิทยา และปัญหาฟิสิกส์พลังงานสูงที่ใช้ความสามารถในการคำนวณจำนวนมาก เราคาดหวังว่าสิ่งนี้จะคล้ายกันด้วย สำหรับควอนตัมที่จะเป็น "เครื่องมือเสริม"
Gizmodo: แนวคิดเรื่องการเสริมนั้นน่าสนใจมาก เพราะทั้งสองอย่าง – คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกและควอนตัม – เชื่อมต่อกันโดยธรรมชาติใช่ไหม? การยืนยันว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาแล้ว! ทำงานอย่างถูกต้องต้องมีการตรวจสอบโดยใช้คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก นักวิจัยใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์นี้อย่างไร?
Chow: นั่นเป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งของวิธีการที่สิ่งนี้เกิดขึ้น ทุกสิ่งเชื่อมโยงกับการคำนวณแบบคลาสสิก วิธีเดียวที่เราจะสัมผัสประสบการณ์การคำนวณได้คือแบบคลาสสิก – เราใส่ข้อมูลนำเข้าแบบคลาสสิกเข้าไป และเรานำข้อมูลนำออกแบบคลาสสิกออกมา คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้กลศาสตร์ควอนตัมและวงจรควอนตัมเพื่อสำรวจพื้นที่ขนาดใหญ่อย่างทวีคูณ แต่ในท้ายที่สุดเรากำลังทำการวัดที่เปลี่ยนทุกอย่างกลับเป็นเอาต์พุตแบบคลาสสิกที่เราประมวลผลเพิ่มเติม หรือใช้ประโยชน์ในส่วนหนึ่งของการคำนวณของเราโดยใช้ส่วนอื่น ๆ ของคลังอาวุธในการคำนวณของเรา ผู้คนไม่ควรกังวลว่าควอนตัมจะมาแทนที่คลาสสิก!
Gizmodo: IBM เป็นผู้เล่นรายใหญ่ในสาขานี้อย่างชัดเจน และคุณมีส่วนร่วมในการวิจัยควอนตัมมา 15 ปีแล้ว มีอะไรที่คุณภาคภูมิใจเป็นพิเศษในการตระหนักถึงแนวทางนั้นเพื่อความได้เปรียบเชิงควอนตัม
Chow: ตอนที่ผมเริ่มงาน เรามีคนประมาณแปดถึงสิบคน โดยมุ่งเน้นไปที่การสร้างอุปกรณ์ที่ดีขึ้นเท่านั้น จากนั้นในช่วงกลางปี 2010 เราตัดสินใจที่จะนำสิ่งที่เราสร้างขึ้นมาใส่ไว้บนคลาวด์เพื่อนำสิ่งต่างๆ ออกจากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ และเข้าสู่ประสบการณ์การคำนวณ ทันใดนั้น เราก็เริ่มคิดถึงมันน้อยลงในแง่ของการหมุนปุ่มและการควบคุมแรงดันไฟฟ้า และมากขึ้นในแง่ของวิธีการใช้สิ่งนี้เป็นเครื่องมือและแพลตฟอร์มในการคำนวณ ปัจจุบัน ระบบส่วนใหญ่ของเราถูกนำไปใช้งานในศูนย์ข้อมูลควอนตัมทั่วโลก รวมถึงในสถานที่ของลูกค้าด้วย
และเราเริ่มเห็นการมีส่วนร่วมมากมาย ตัวอย่างเช่น ผู้ทำงานร่วมกันของเราจากสถาบัน RIKEN ในญี่ปุ่นกำลังใช้ควอนตัมบวกกับ HPC ของพวกเขาเพื่อศึกษาโครงสร้างโมเลกุล ตั้งแต่นั้นมา เราก็สามารถเริ่มผลักดันระดับพลังงาน [ที่จำเป็นสำหรับการคำนวณ] ลงมาใกล้กับระดับที่เป็นจุดเด่นของสิ่งที่ทำได้ดีที่สุดแบบคลาสสิกมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งเป็นจุดที่เราสามารถเริ่มทำการเปรียบเทียบเหล่านี้ได้อย่างแท้จริง
Gizmodo: ส่วนสำคัญของกลยุทธ์ของ IBM ในสาขานี้คืออะไร?
Chow: ตอนนี้ การสร้างมันขึ้นมายังไม่เพียงพอ เราต้องดึงเอาประโยชน์ของคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาแล้ว! ออกมา ซึ่งส่วนสำคัญคือชุมชน เราต้องการให้พวกเขาเรียกร้องความจำเป็นสำหรับคอมพิวเตอร์ขั้นสูงอย่างแท้จริง และทำงานร่วมกับเราเพื่อค้นหาความได้เปรียบเชิงควอนตัมและการใช้งานที่เป็นประโยชน์ นั่นเป็นส่วนสำคัญของกลยุทธ์ระบบนิเวศของเรา และเหตุผลที่เรามีเครือข่ายควอนตัมเกือบ 300 สมาชิก เราไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมในแนวดิ่งต่างๆ แต่มีโอกาสสำหรับด้านการดูแลสุขภาพ วิทยาศาสตร์ชีวภาพ น้ำมันและก๊าซ และอุตสาหกรรมพลังงาน
Gizmodo: ดังนั้นคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาแล้ว! ไม่ได้เป็นเรื่องของอนาคต พวกมันอยู่ที่นี่แล้ว
Chow: ใช่ คอมพิวเตอร์ควอนตัมมาแล้ว! เป็นของจริงที่สามารถใช้งานได้ เห็นได้ชัดว่ามีการตลาดมากมาย มีกระแสมากมาย แต่นอกจากนี้ คุณยังสามารถเข้าไปรันวงจรควอนตัมได้ฟรีบนเครื่องของเราผ่านทางเว็บ มีเนื้อหามากมายให้เรียนรู้ มีฐานชุมชนขนาดใหญ่ของผู้คนที่พร้อมจะช่วยคุณเริ่มต้น คุณสามารถบอกให้ ChatGPT ติดตั้ง Qiskit ได้ ผู้คนไม่จำเป็นต้องสัมผัสประสบการณ์ผ่านการตลาดเท่านั้น ลงมือทำด้วยตัวเอง!
Gizmodo: เอาล่ะ หากความได้เปรียบเชิงควอนตัมเป็นสิ่งที่ค่อยเป็นค่อยไป แล้วเป้าหมายสำคัญต่อไปของควอนตัมคืออะไร? อะไรคือสิ่งที่คุณรอคอยมากที่สุดในอีกสิบปีข้างหน้า หรืออาจจะห้าปีข้างหน้า หรือแม้แต่ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า สำหรับการคำนวณเชิงควอนตัม?
Chow: เรากำลังมุ่งหน้าไปสู่อุปกรณ์ใหม่ที่เราต้องการแนะนำให้ผู้ใช้ได้รู้จักภายในสิ้นปีนี้ ซึ่งเรียกว่า Nighthawk ผมคิดว่าเป้าหมายสำคัญต่อไปน่าจะเป็นชุดเป้าหมายสำคัญจากมุมมองของความได้เปรียบ ซึ่งคุณจะได้เห็น "หลัก" เพิ่มมากขึ้นในการรันวงจรที่ซับซ้อนมากขึ้นโดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยที่คลาสสิกเข้ามาช่วยแก้ไข เราจะมีส่วนร่วมอย่างมากกับชุมชนคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง
คอมพิวเตอร์ควอนตัมมาแล้ว!
ทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาแล้ว! ถึงสำคัญ?
โดยสรุป คอมพิวเตอร์ควอนตัมมาแล้ว! ไม่ได้เป็นเพียงแค่เทคโนโลยีในอนาคต แต่เป็นเครื่องมือที่ทรงพลังที่พร้อมให้เราใช้งานแล้วในปัจจุบัน ถึงแม้ว่ายังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา แต่ศักยภาพในการแก้ไขปัญหาที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมต่างๆ นั้นมีอยู่จริง การทำความเข้าใจและเรียนรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้จึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับทุกคนที่ต้องการก้าวทันโลกอนาคต