เมื่อเร็วๆ นี้ Google ประกาศว่าได้สร้างความก้าวหน้าในการประมวลผลควอนตัม โดยชิป AI ควอนตัมตัวใหม่ "Willow" สามารถแก้สมการได้ภายใน 5 นาที ซึ่งจะใช้เวลาคอมพิวเตอร์แบบเดิมหนึ่งปีจึงจะเสร็จสมบูรณ์ ความสำเร็จนี้ได้กระตุ้นความสนใจอย่างกว้างขวางในชุมชนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีระดับโลก และยังกระตุ้นให้เกิดการอภิปรายอย่างเผ็ดร้อนเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมและความเชื่อมโยงกับทฤษฎีจักรวาลคู่ขนาน บทความนี้จะเจาะลึกรายละเอียดทางเทคนิคของชิป "Willow" ความสำคัญของความก้าวหน้าด้านประสิทธิภาพ ตลอดจนข้อโต้แย้งและการชื่นชมเกี่ยวกับผลลัพธ์ของชิป
เมื่อเร็วๆ นี้ Google ประกาศว่าได้สร้างความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านการประมวลผลควอนตัม ซึ่งได้รับความสนใจอย่างมากจากชุมชนเทคโนโลยีระดับโลก ชิป AI ควอนตัมล่าสุดของพวกเขาสามารถแก้ไขสมการที่ต้องใช้คอมพิวเตอร์ธรรมดาในการทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายล้านล้านล้านล้านปี (หนึ่งปี) ในเวลาเพียง 5 นาที ความแตกต่างของความเร็วที่น่าอัศจรรย์นี้เพียงพอที่จะทำให้ทุกคนตกใจ
ปัญหาคอขวดและความก้าวหน้าในการคำนวณควอนตัม
แม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะฟังดูล้ำหน้าและเจ๋ง แต่ก็ประสบปัญหาความไม่เสถียรมายาวนาน อนุภาคขนาดเล็กไม่เป็นไปตามกฎของวัตถุในชีวิตประจำวัน และแม้แต่ชิปที่ล้ำหน้าที่สุดก็อาจล้มเหลวได้เนื่องจากการรบกวนเล็กน้อยในสภาพที่เปราะบาง นักวิจัยพยายามใช้ประโยชน์จากลักษณะที่ไม่อยู่กับร่องกับรอยนี้มานานหลายทศวรรษ แต่ถูกขัดขวางจากข้อเท็จจริงที่ว่าข้อผิดพลาดสะสมเร็วเกินไปและแก้ไขได้ยาก
เทคโนโลยีการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมนำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ แต่ก็มีภาวะแทรกซ้อนในตัวมันเอง จำเป็นต้องมีการแพร่กระจายข้อมูลระหว่างหลาย qubit ซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของข้อมูลควอนตัม ซึ่งเป็นเรื่องง่ายในทางทฤษฎี แต่กลับกลายเป็นความท้าทายที่ซับซ้อนในทางปฏิบัติ หากเกี่ยวข้องกับ qubit มากเกินไป การรักษาอัตราข้อผิดพลาดให้ต่ำกว่าเกณฑ์วิกฤตจะกลายเป็นเรื่องยาก
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ยังไม่มีใครสามารถแสดงให้เห็นได้ว่าอัตราข้อผิดพลาดสามารถลดลงต่ำกว่าจุดวิกฤติสำหรับโค้ดที่ออกแบบมาเพื่อปรับขนาดโดยเฉพาะ สถาปัตยกรรมชิปควอนตัมใหม่ของ Google เปลี่ยนแปลงสิ่งนั้น
ประสิทธิภาพอันน่าทึ่งของชิป "วิลโลว์"
นักวิทยาศาสตร์ควอนตัม Hartmut Neven ผู้ก่อตั้ง Quantum AI Lab ของ Google เรียกประสิทธิภาพของชิป Willow ว่า “น่าทึ่ง” ผลลัพธ์ของการคำนวณความเร็วสูง "สนับสนุนแนวคิดที่ว่าการคำนวณควอนตัมเกิดขึ้นในจักรวาลคู่ขนานหลายแห่ง" เขากล่าวเสริม บทความนี้ยังกล่าวถึง David Deutsch นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด ผู้ซึ่งตั้งทฤษฎีว่าการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ประสบความสำเร็จสามารถสนับสนุน "การตีความหลายโลก" ของกลศาสตร์ควอนตัมและการดำรงอยู่ของลิขสิทธิ์
Deutsch เป็นผู้บุกเบิกด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาตั้งแต่ปี 1970 จุดประสงค์ของการวิจัยเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมของเขาคือเพื่อยืนยันทฤษฎีลิขสิทธิ์ของเขามากกว่า
แนวคิดเรื่องจักรวาลคู่ขนาน
จักรวาลคู่ขนานหรือที่เรียกว่าจักรวาลทางเลือกหรือจักรวาลหลายแห่ง หมายถึงความเป็นไปได้ที่ความเป็นจริงอื่น ๆ จะอยู่เคียงข้างเราเอง ลองนึกภาพว่าจักรวาลของเราเป็นเพียงฟองเดียวในฟองจักรวาลอันกว้างใหญ่ แต่ละฟองนั้นเป็นจักรวาลที่แตกต่างกันโดยมีกฎทางฟิสิกส์ ประวัติศาสตร์ และแม้แต่ตัวเราในรูปแบบที่แตกต่างกันออกไป
นักวิทยาศาสตร์สำรวจแนวคิดนี้ผ่านทฤษฎีต่างๆ เช่น ลิขสิทธิ์ ซึ่งชี้ให้เห็นว่าอาจมีจักรวาลอื่นอีกนับไม่ถ้วน ซึ่งแต่ละจักรวาลก็มีความเป็นไปได้เป็นของตัวเอง แม้ว่าเราจะยังไม่พบหลักฐานที่จับต้องได้ของจักรวาลคู่ขนาน แต่แนวคิดนี้จุดประกายให้เกิดการอภิปรายที่น่าสนใจเกี่ยวกับธรรมชาติของความเป็นจริง และสิ่งที่อยู่นอกเหนือสิ่งที่เราเห็นและเข้าใจในปัจจุบัน
การทะเลาะวิวาทและการยกย่องอยู่ร่วมกัน
อย่างไรก็ตาม อีธาน ซีเกล ผู้เขียนนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ไม่เห็นด้วยกับ Google เขากล่าวหา Google ว่า "สร้างความสับสนให้กับแนวคิดที่ไม่เกี่ยวข้องกัน และเนวินน่าจะรู้เรื่องนี้"
ซีเกลอธิบายว่าเนวินสับสนระหว่างอวกาศทางคณิตศาสตร์ที่กลศาสตร์ควอนตัมเกิดขึ้นกับแนวคิดเรื่องจักรวาลคู่ขนานและจักรวาลหลายจักรวาล จากข้อมูลของ Siegel แม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะประสบความสำเร็จ แต่ก็ไม่สามารถพิสูจน์การมีอยู่ของจักรวาลคู่ขนานได้
แม้จะไม่เห็นด้วย แต่ Siegel ก็ยกย่องความสำเร็จของ Google ในด้านชิป Willow โดยเรียกมันว่า "ความก้าวหน้าที่โดดเด่นอย่างแท้จริงในการประมวลผลควอนตัม" เขาเชื่อว่าความก้าวหน้าครั้งนี้สามารถช่วยแก้ปัญหาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของโลกได้ เช่น การค้นพบยาใหม่ๆ การออกแบบแบตเตอรี่ที่ดีขึ้นสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า และการพัฒนาฟิวชันและแหล่งพลังงานใหม่
Nevin สะท้อนการมองโลกในแง่ดีแบบเดียวกัน โดยกล่าวว่า "แอปพลิเคชันที่เปลี่ยนแปลงเกมในอนาคตจำนวนมากไม่สามารถทำได้บนคอมพิวเตอร์ทั่วไป แต่พวกเขากำลังรอการปลดล็อกผ่านการประมวลผลควอนตัม"
ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชิป "วิลโลว์"
ชิป "Willow" เป็นโปรเซสเซอร์ตัวนำยิ่งยวดล่าสุดที่ออกแบบโดยทีมงาน AI ควอนตัมของ Google แตกต่างจากอุปกรณ์รุ่นเก่าที่พยายามควบคุมข้อผิดพลาด Willow ผลักดันประสิทธิภาพไปสู่โซนใหม่ โดยรองรับเทคโนโลยีที่ออกแบบมาเพื่อให้การแก้ไขข้อผิดพลาดเชิงควอนตัมเป็นไปตามสัญญาอย่างแท้จริง
ระบบนี้เป็นไปตามเงื่อนไขของวิธีการเฉพาะที่เรียกว่า "การเข้ารหัสพื้นผิว" ความพยายามในอดีตได้เจออุปสรรคในการเพิ่ม qubit แต่ Willow ก็ฝ่าฟันอุปสรรคนั้นไปได้
ระยะทางรหัสและการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม
กรอบงานการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมมักอ้างถึงสิ่งที่เรียกว่า "ระยะทางโค้ด" พูดง่ายๆ ก็คือ หมายถึงจำนวนคิวบิตที่ใช้เพื่อปกป้องบล็อกข้อมูลควอนตัม หากตรงตามเงื่อนไขบางประการ ระยะทางที่มากขึ้น (เช่น การเพิ่มระยะห่างของโค้ดจาก 3 เป็น 5 เป็น 7) ควรลดความน่าจะเป็นของความล้มเหลวโดยรวม
บนอุปกรณ์ใหม่ อัตราข้อผิดพลาดเชิงตรรกะจะลดลงครึ่งหนึ่งตามแต่ละระดับของระยะห่างเพิ่มเติม การปรับปรุงดังกล่าวเป็นเป้าหมายหลักของนักวิจัยคอมพิวเตอร์ควอนตัมมายาวนาน
จากการค้นพบที่ตีพิมพ์ นักวิทยาศาสตร์ควอนตัม Hartmut Nevin ผู้ก่อตั้ง Quantum AI Lab ของ Google กล่าวว่า "Willow คำนวณเกณฑ์มาตรฐานมาตรฐานเสร็จภายในห้านาที ซึ่งเป็นหนึ่งในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในปัจจุบัน และจะใช้เวลา 10 ปีจึงจะเสร็จสมบูรณ์"
ประสิทธิภาพที่ยาวนานและการแก้ไขข้อผิดพลาดแบบเรียลไทม์
การรันการทดสอบเพียงไม่กี่รอบอาจไม่เปิดเผยภาพรวมความเสถียรของระบบ ชิปควอนตัมตัวใหม่ของ Google เอาชนะปัญหานี้ได้ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานเป็นหนึ่งล้านรอบ อุปกรณ์จะรักษาประสิทธิภาพการทำงานตามเกณฑ์ย่อยในช่วงเวลาที่ปกติจะทำให้ระบบอื่นๆ ขาดอากาศหายใจ การรักษาความแม่นยำในการถอดรหัสแบบเรียลไทม์ในระยะเวลาอันยาวนานนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย
ทีมงานเบื้องหลัง "วิลโลว์" ได้จัดเตรียมการดำเนินงานเพื่อให้สามารถดำเนินการแก้ไขได้ทันที วิธีนี้ทำให้แน่ใจได้ว่าชิปจะไม่ออกนอกเส้นทาง
"เรามองว่า Willow เป็นก้าวสำคัญในการเดินทางของเราเพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประโยชน์" Sundar Pichai ซีอีโอของ Google กล่าว
เกินกว่าปัญหาคอขวดแบบเดิมๆ
ซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมใช้สวิตช์เล็กๆ นับพันล้านตัวที่ทำงานในลักษณะที่เข้าใจกันดีในการจัดการงานที่ซับซ้อน ในทางตรงกันข้าม คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถลดทอนเป็นทางลัดแบบคลาสสิกได้ จนถึงขณะนี้ ปัญหาอยู่ที่วิธีการรักษาสถานะควอนตัมที่ละเอียดอ่อนให้คงอยู่ได้นานพอที่จะคำนวณได้อย่างมีความหมาย
ด้วย Willow ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่า qubit สามารถทำงานร่วมกันในลักษณะที่ข้อผิดพลาดไม่หลุดมือ การสาธิตนี้แสดงให้เห็นว่าชิปควอนตัมสามารถก้าวไปสู่การประมวลผลที่เหนือกว่าระบบทั่วไปที่สามารถจัดการได้
อนาคตของคอมพิวเตอร์ควอนตัม
เป้าหมายของ Google คือการใช้ฮาร์ดแวร์ที่สามารถผ่านการทดสอบความน่าเชื่อถืออันเข้มงวดเหล่านี้เพื่อพิสูจน์ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่ได้เป็นปัญหาของเล่นตลอดไป
การเพิ่มระยะห่างของโค้ดโดยไม่สูญเสียความสามารถในการแก้ไขข้อผิดพลาด แสดงให้เห็นว่าวันหนึ่งคิวบิตจำนวนมากอาจขับเคลื่อนอัลกอริธึมที่เกี่ยวข้องกับงานในโลกแห่งความเป็นจริง เช่น การเร่งการจำลองที่ซับซ้อน การปรับปรุงกระบวนการค้นพบยา และการสำรวจวิธีการกักเก็บพลังงาน
ความสำเร็จของวิลโลว์ในการเข้าถึงอัตราข้อผิดพลาดย่อยในช่วงระยะเวลาหนึ่งอาจส่งเสริมความพยายามของอุตสาหกรรมที่รอคอยหลักฐานที่ชัดเจนว่าฮาร์ดแวร์ควอนตัมจะพัฒนาเป็นเครื่องมือที่น่าเชื่อถือ
แม้ว่าการแก้ไขข้อผิดพลาดจะกลายเป็นกิจวัตร แต่เป้าหมายของการแก้ไขข้อผิดพลาดเชิงควอนตัมไม่ใช่การกำจัดข้อผิดพลาดโดยสิ้นเชิง แต่เป็นการสร้างข้อผิดพลาดที่หายากมากจนเครื่องสามารถดำเนินการคำนวณได้จนจบ
หากการออกแบบในอนาคตสร้างขึ้นจากฟีเจอร์ความเสถียรและความสามารถในการปรับขนาดของ Willow สักวันหนึ่งการแก้ไขนี้อาจเกิดขึ้นในเบื้องหลังโดยที่ผู้ใช้จะมองไม่เห็น การเข้าถึงระดับความผิดพลาดที่ยอมรับได้อาจทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถจัดการปริมาณงานได้ดีกว่าฮาร์ดแวร์แบบคลาสสิก นี่เผยให้เห็นวิธีการปฏิบัติจริงในการปรับขนาดเครื่องจักรที่น่าทึ่งเหล่านี้
การทำงานร่วมกันทั่วโลกผลักดันการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม
ความพยายามของ Google Quantum AI และกลุ่มระดับโลกอื่นๆ ไม่ได้แยกจากกัน สาขาการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมดึงดูดความสนใจของนักวิจัยจำนวนมากที่ทำงานเพื่อค้นหาเส้นทางสู่อุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริง
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา การวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการออกแบบขัดแตะและคิวบิตเชิงตรรกะที่จัดเรียงในรูปแบบที่ระมัดระวัง ตอนนี้วิลโลว์แสดงให้เห็นว่าด้วยสถาปัตยกรรมชิปที่ถูกต้องและรูปแบบการแก้ไขข้อผิดพลาด จึงสามารถข้ามเกณฑ์ได้
สิ่งนี้ทำให้ทั้งสาขามีความใกล้ชิดกับการสร้างเครื่องจักรที่สามารถแก้ไขปัญหาที่เป็นประโยชน์ได้ แม้ว่าการเดินทางจะยังไม่สิ้นสุด แต่ปริศนาชิ้นสำคัญก็เข้ามาแทนที่แล้ว
ความสำเร็จของชิป "Willow" ของ Google ถือเป็นก้าวสำคัญในด้านการประมวลผลควอนตัม แม้ว่าจะยังคงเผชิญกับความท้าทาย แต่ความก้าวหน้าในการแก้ไขข้อผิดพลาดและความสามารถในการปรับขนาดได้ปูทางไปสู่การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในทางปฏิบัติในอนาคต และนำมาซึ่งความหวังในการแก้ปัญหาระดับโลกมากมาย เทคโนโลยีนี้จะมีผลกระทบอย่างมากต่อการพัฒนาเทคโนโลยีในอนาคตอย่างไม่ต้องสงสัย