Quantum Computing เข้าใกล้การประยุกต์ใช้ในโลกแห่งความเป็นจริงอีกขั้น

ในขณะที่ตลาดคอมพิวเตอร์ควอนตัมคาดว่าจะมีมูลค่าถึง 65 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ภายในปี 2030 ยังคงมีอุปสรรคมากมายก่อนที่จะเข้าสู่การนำไปใช้ในโลกแห่งความเป็นจริง อย่างไรก็ตาม คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีศักยภาพในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนของเราได้很多 ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยและสถาบันเอกชนต่างๆ ทั่วโลกกำลังทำงานอย่างหนักเพื่อทำให้สิ่งนี้เป็นจริง

หนึ่งในทีมเหล่านี้นำโดย Xu Yi ผู้ช่วยศาสตราจารย์ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์จาก University of Virginia School of Engineering and Applied Science

ทีมของเขามีความเชี่ยวชาญในด้านฟิสิกส์และการประยุกต์ใช้อุปกรณ์โฟโตนิกส์ ซึ่งใช้ในการตรวจจับและกำหนดรูปทรงของแสงสำหรับการใช้งานเช่นการสื่อสารและคอมพิวเตอร์ ทีมได้พัฒนาแพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถลดจำนวนอุปกรณ์ที่จำเป็นในการบรรลุความเร็วควอนตัมได้อย่างมาก และสามารถทำได้บนชิปโฟโตนิกส์ที่มีขนาดเท่ากับเหรียญหนึ่งบาท

ทีมนี้ยังรวมถึง Olivier Pfister ศาสตราจารย์ภาควิชาโฟโตนิกส์ควอนตัมและข้อมูลควอนตัมจาก UVA และ Hansuek Lee ผู้ช่วยศาสตราจารย์จาก Korean Advanced Institute of Science and Technology

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Communications.

การวิจัยนี้ยังได้รับการสนับสนุนจาก Zijiao Yang นักศึกษาระดับ博士ในภาควิชาฟิสิกส์ และ Mandana Jahanbozorgi นักศึกษาระดับ博士ในภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ ทั้งสองเป็นผู้เขียนร่วมหลักของบทความ

คอมพิวเตอร์ควอนตัมและข้อมูลการประมวลผล

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเปิดโอกาสให้เราประมวลผลข้อมูลในแบบใหม่ และทำให้คอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปหรือแล็ปท็อปของคุณสามารถประมวลผลข้อมูลในลักษณะที่แตกต่างจากคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถประมวลผลข้อมูลในแบบขนาน ซึ่งหมายความว่าไม่ต้องรอข้อมูลชุดหนึ่งเสร็จสิ้นจึงจะประมวลผลข้อมูลชุดถัดไป คิวบิตเป็นหน่วยข้อมูลพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม และสามารถมีค่าได้ทั้ง 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน โหมดควอนตัมเป็นหน่วยข้อมูลที่สามารถมีค่าได้ทั้ง 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน

นักวิจัยกำลังทำงานอย่างหนักเพื่อพัฒนาแนวทางใหม่ๆ ในการผลิตคิวบิตและโหมดควอนตัมในจำนวนมากเพื่อให้ได้ความเร็วควอนตัม

แนวทางใหม่ที่พัฒนาโดย Yi นี้มีประโยชน์มาก เนื่องจากสนามแสงสามารถมีค่าได้ทั้ง 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าแต่ละคลื่นแสงในสเปกตรัมสามารถกลายเป็นหน่วยควอนตัมได้ Yi สันนิษฐานว่าแสงจะบรรลุถึงสถานะควอนตัมหากสนามแสงที่เชื่อมต่อกัน

การสร้างระบบ

ทีมของ Yi สร้างแหล่งกำเนิดควอนตัมในไมโครเรโซเนเตอร์ ซึ่งเป็นโครงสร้างรูปวงแหวนที่มีขนาดเล็กกว่า 1 มิลลิเมตร ซึ่งหุ้มแสงโฟโตนไว้ภายใน และสร้างไมโครสโคป ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่แปลงแสงโฟโตนจากความยาวคลื่นเดียวเป็นหลายความยาวคลื่น ระบบนี้สามารถสร้างคิวบิตและโหมดควอนตัมได้จำนวนมากจากชิปโฟโตนิกส์ขนาดเล็ก

ทีมของ Yi ใช้เทคนิคการรวมหลายสัญญาณเพื่อยืนยันการสร้างคิวบิตและโหมดควอนตัม 40 ชุดจากไมโครเรโซเนเตอร์บนชิป และแสดงให้เห็นว่าการรวมสัญญาณควอนตัมสามารถทำงานได้บนแพลตฟอร์มโฟโตนิกส์ที่รวมไว้

“เราคาดว่าเมื่อเราทำการปรับระบบให้เหมาะสม เราสามารถสร้างคิวบิตและโหมดควอนตัมได้หลายพันชุดจากอุปกรณ์เดียว” Yi กล่าว

ด้วยเทคนิคการรวมหลายสัญญาณของ Yi เรากำลังเข้าใกล้การใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในสถานการณ์จริงมากขึ้น ซึ่งมีข้อผิดพลาดที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ข้อผิดพลาดเหล่านี้เกิดจากสถานะควอนตัมที่ไม่มั่นคง

จำนวนข้อผิดพลาดอาจต้องใช้คิวบิตมากกว่า 1 ล้านคิวบิตเพื่อชดเชย และมีการเพิ่มขึ้นของจำนวนอุปกรณ์ตาม比例 การรวมหลายสัญญาณลดจำนวนอุปกรณ์เหล่านี้ลง 2-3 เท่า

มีข้อดี 2 ประการของระบบโฟโตนิกส์ของ Yi ประการแรก คือ โฟโตนมีขนาดเล็กและไม่มีมวล ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้ชิปโฟโตนิกส์สามารถทำงานหรืออยู่ในสถานะนอนได้ที่อุณหภูมิห้อง Lee ยังผลิตไมโครเรโซเนเตอร์บนชิปซิลิกอนโดยใช้เทคนิคลิθοกราฟีมาตรฐาน ซึ่งหมายความว่าเรโซเนเตอร์หรือแหล่งกำเนิดควอนตัมสามารถผลิตได้ในจำนวนมาก

“เรารู้สึกภูมิใจที่จะผลักดันขอบเขตของวิศวกรรมในคอมพิวเตอร์ควอนตัมและเร่งการเปลี่ยนแปลงจากออปติกส์แบบดั้งเดิมไปสู่โฟโตนิกส์ที่รวมไว้” Yi กล่าว “เราจะต่อ tụcค้นหาวิธีการรวมอุปกรณ์และวงจรในแพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้โฟโตนิกส์และปรับปรุงประสิทธิภาพของมัน”