ทำไมเราต้องมีควอนตั้มคอมพิวเตอร์
หลายคนอาจสงสัยว่า ทำไมเราต้องสร้าง “ควอนตั้มคอมพิวเตอร์” ทั้งๆ ที่คอมพิวเตอร์ที่เราใช้อยู่ก็แรงมากแล้ว ทุกวันนี้เรามีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่คำนวณได้เร็วมหาศาลอยู่แล้วไม่ใช่หรือ แล้วควอนตั้มคอมพิวเตอร์มันต่างตรงไหนกันแน่
คำตอบคือ
มีปัญหาหลายอย่างที่คอมพิวเตอร์แบบปัจจุบัน “แก้ได้ แต่ใช้เวลานานเกินไป” หรือ “แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย” บางปัญหาอาจต้องใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์จำนวนมากกว่าที่มีอยู่บนโลกหลายเท่าเพื่อหาคำตอบ ซึ่งไม่สามารถทำได้จริง ปัญหาเหล่านี้แตกต่างจากงานที่ต้องการกำลังคำนวนมากๆ เช่น ด้าน AI แบบ LLM หรือ Transformer ที่เราคุ้นเคย (Quantum Computing ไม่ได้มาแทน AI แต่จะเป็นอีกเครื่องมือที่ช่วยแก้ปัญหาซับซ้อนเกินกว่าคอมพิวเตอร์และ AI ปัจจุบันจะรับมือได้)
ตัวอย่างปัญหาที่ซับซ้อนเกินกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป
- การแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ ในการทดสอบ Random Circuit Sampling (RCS) ชิป Google Willow (2024) สามารถทำงานเสร็จใน ไม่ถึง 5 นาที ขณะที่ประเมินว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดอาจต้องใช้เวลานานถึง 10²⁵ ปี (สิบเซปทิลเลียนปี) ซึ่งนานกว่าอายุของจักรวาลหลายล้านล้านเท่า (ถ้ามีโอกาสจะเขียนบทความเรื่อง RCS เพื่อเป็นข้อมูลเพิ่มเติม)
- การแก้ปัญหาด้านโลจิสติกส์และการเงิน ลองนึกภาพการจัดเส้นทางขนส่งสินค้าที่มีตัวเลือกนับล้าน หรือการจัดพอร์ตการลงทุนที่ต้องพิจารณาความเป็นไปได้มหาศาล ปัญหาเหล่านี้เรียกว่า Optimization Problems การแก้ทุกความเป็นไปได้ด้วยวิธีปัจจุบันแทบจะเป็นไปไม่ได้ แต่ Quantum Computer อาจช่วยค้นหาคำตอบที่ “ใกล้เคียงที่สุด” ได้ในเวลาอันสั้น
งานที่คอมพิวเตอร์ปัจจุบันแทบไม่มีทางทำได้
หนึ่งในความต้องการด้านการคำนวณของนักวิทยาศาสตร์คือการ จำลองโมเลกุลและปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อน เพื่อค้นหายาใหม่หรือวัสดุใหม่ การจำลองพฤติกรรมของอะตอมหรืออิเล็กตรอนในระบบควอนตั้ม งานเหล่านี้จำเป็นต้องใช้พลังการคำนวณมหาศาล แม้แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในปัจจุบันก็ยังไม่สามารถทำได้อย่างเต็มรูปแบบ แต่ควอนตั้มคอมพิวเตอร์น่าจะสามารถจำลองสิ่งเหล่านี้ “ด้วยกฎเดียวกันที่ธรรมชาติใช้”
แรงบันดาลใจจาก Richard Feynman
แนวคิดควอนตั้มคอมพิวเตอร์ถูกเสนออย่างจริงจังครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชื่อดัง Richard Feynman ในปี 1981 ที่งาน Conference on the Physics of Computation ที่ MIT มีคำกล่าวส่วนหนึ่งว่า
“ธรรมชาติไม่ได้เป็นไปตามแบบคลาสสิก และถ้าคุณอยากจำลองธรรมชาติ คุณต้องทำให้มันเป็นควอนตั้ม... เพราะมันไม่ได้ดูง่ายเลย” *
Feynman ชี้ให้เห็นข้อจำกัดว่า คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกไม่เหมาะที่จะจำลองโลกควอนตั้ม เพราะต้องใช้ทรัพยากรเกินกว่าที่เป็นไปได้ เขาจึงเสนอว่า ควอนตั้มต้องจำลองควอนตั้ม — และนี่คือจุดเริ่มต้นของแนวคิด Quantum Computing ที่เรารู้จักกันในปัจจุบัน
*จากการบรรยาย “Simulating Physics with Computers” ที่ Feynman จาก Caltech บรรยาย “Conference on the Physics of Computation” ณ MIT เมื่อเดือนพฤษภาคม 1981 และ บทความเชิงวิชาการต่อมาที่ตีพิมพ์ใน International Journal of Theoretical Physics (https://link.springer.com/article/10.1007/BF02650179)