คอมพิวเตอร์ควอนตัมโฟตอน Jiuzhang 4.0 ของจีนทำลายสถิติความเร็ว

นักวิจัยชาวจีนได้เปิดตัว Jiuzhang 4.0 ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมโฟตอนที่แก้ปัญหามาตรฐานได้เร็วกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์คลาสสิกที่ทรงพลังที่สุดในโลกอย่างมาก เครื่องจักรดังกล่าวทำงาน Boson sampling ซึ่งเป็นการทดสอบความเหนือกว่าทางควอนตัม ภายในเวลาเพียงไม่กี่วินาที ในขณะที่ระบบคลาสสิกที่เร็วที่สุดต้องใช้เวลาหลายพันปี ผลลัพธ์นี้ถือเป็นการก้าวกระโดดครั้งสำคัญในคอมพิวเตอร์ควอนตัมโฟตอน และตอกย้ำตำแหน่งของจีนในแนวหน้าของสาขานี้

Boson sampling หมายถึงอะไร

Boson sampling เป็นปัญหาที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อจำลองพฤติกรรมของโฟตอนที่แยกไม่ออกซึ่งเคลื่อนที่ผ่านเครือข่าย ปัญหานี้ยากมากสำหรับคอมพิวเตอร์คลาสสิกเพราะจำนวนผลลัพธ์ที่เป็นไปได้เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามจำนวนโฟตอน แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมซึ่งใช้โฟตอนเองสามารถจัดการการคำนวณได้โดยธรรมชาติ Jiuzhang 4.0 ใช้วงจรโฟตอนและเครื่องตรวจจับเพื่อรันการสุ่มตัวอย่างโดยตรง โดยไม่ต้องใช้การจำลองแบบคลาสสิก

มันเร็วแค่ไหน?

ทีมงานเบื้องหลัง Jiuzhang 4.0 รายงานว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมแก้ปัญหา Boson sampling ได้ภายในเสี้ยววินาที ในทางกลับกัน ซูเปอร์คอมพิวเตอร์คลาสสิกที่ทันสมัยที่สุดในปี 2568 จะต้องใช้เวลาประมาณ 10,000 ปีเพื่อคำนวณแบบเดียวกัน การเร่งความเร็วในระดับนี้ — หลายลำดับความสำคัญ — คือสิ่งที่นักวิจัยเรียกว่าความเหนือกว่าทางควอนตัม (quantum supremacy) แม้ว่าคำนี้จะถูกถกเถียงกันเพราะปัญหานี้ถูกออกแบบมาเพื่อระบบควอนตัมโดยเฉพาะ

ทำไมคอมพิวเตอร์ควอนตัมโฟตอนถึงสำคัญ

คอมพิวเตอร์ควอนตัมส่วนใหญ่ในปัจจุบันอาศัยวงจรตัวนำยิ่งยวด ไอออนที่ถูกกักขัง หรือแพลตฟอร์มสถานะของแข็งอื่นๆ คอมพิวเตอร์ควอนตัมโฟตอนใช้อนุภาคแสง ซึ่งง่ายต่อการจัดการและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง นอกจากนี้ยังทำงานที่อุณหภูมิห้อง หลีกเลี่ยงการทำความเย็นแบบรุนแรงที่ตัวนำยิ่งยวดต้องการ อย่างไรก็ตาม ระบบโฟตอนในอดีตประสบปัญหากับการขยายขนาดจำนวนโฟตอนและการรักษาอัตราข้อผิดพลาดต่ำ Jiuzhang 4.0 ดูเหมือนจะเอาชนะอุปสรรคเหล่านั้นได้บ้าง อย่างน้อยก็สำหรับ Boson sampling

ความนำของจีนในคอมพิวเตอร์ควอนตัมโฟตอน

Jiuzhang 4.0 เป็นรุ่นล่าสุดในชุดคอมพิวเตอร์ควอนตัมโฟตอนที่พัฒนาโดยนักวิจัยชาวจีน รุ่นก่อนหน้า — Jiuzhang 1.0, 2.0 และ 3.0 — ต่างก็สร้างสถิติด้านจำนวนโฟตอนและความเร็ว รุ่น 4.0 ตอกย้ำความเป็นผู้นำของจีนในแนวทางเฉพาะนี้ ความสำเร็จนี้เกิดขึ้นในขณะที่ประเทศต่างๆ เช่น สหรัฐอเมริกา แคนาดา และสหราชอาณาจักร ทุ่มเททรัพยากรไปยังเทคโนโลยีควอนตัมที่แข่งขันกัน แต่ยังไม่มีใครเทียบประสิทธิภาพนี้ในงาน Boson sampling

ความท้าทายในตอนนี้คือการก้าวข้ามปัญหามาตรฐานของ Jiuzhang 4.0 ไปสู่การใช้งานจริง เช่น การจำลองควอนตัมสำหรับเคมีหรือวัสดุศาสตร์ นักวิจัยจะต้องแสดงให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมโฟตอนสามารถแก้ปัญหาที่มีประโยชน์ซึ่งเครื่องจักรคลาสสิกไม่สามารถทำได้ ไม่ใช่แค่การทดสอบเฉพาะทางเท่านั้น คาดว่าทีมงานเบื้องหลัง Jiuzhang จะตีพิมพ์บทความโดยละเอียดในวารสารที่มีการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า ซึ่งจะช่วยให้สามารถตรวจสอบผลลัพธ์ได้อย่างอิสระ