นักวิทยาศาสตร์ทำงานเพื่อนำคุณสมบัติของคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาใช้กับคอมพิวเตอร์คลาสสิก

กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จาก มหาวิทยาลัยลิงคอปิง สามารถแสดงให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร และพวกเขาสามารถจำลองคุณสมบัติของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในคอมพิวเตอร์คลาสสิกได้

“ผลลัพธ์ของเราควรจะมีความสำคัญอย่างมากในการกำหนดวิธีการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม” ศาสตราจารย์ Jan-Åke Larsson กล่าว

สวีเดน ยุโรป และส่วนอื่นๆ ของโลกได้ลงทุน大量ทรัพยากรและเน้นการวิจัยเพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เร็วและทรงพลัง ในช่วง 10 ปี คอมพิวเตอร์ควอนตัมของสวีเดน预计จะถูกสร้างขึ้น และสหภาพยุโรปได้ประกาศให้เทคโนโลยีควอนตัมเป็นหนึ่งในโครงการหลัก

ปัจจุบัน เรามีแอลกอริทึมที่มีประโยชน์น้อยที่สามารถใช้กับคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ แม้ว่าจะเป็นเช่นนั้น เทคโนโลยีนี้จะมีความสำคัญอย่างมากในการจำลองระบบทางชีววิทยา เคมี และฟิสิกส์ ระบบเหล่านี้มีความซับซ้อนเกินไปสำหรับคอมพิวเตอร์ที่เรามีในปัจจุบัน ในคอมพิวเตอร์ บิตสามารถมีค่า 0 หรือ 1 แต่บิตควอนตัมสามารถมีค่าใดๆ ระหว่าง 0 ถึง 1 ได้ ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่ต้องการการดำเนินการหลายครั้งสำหรับการคำนวณแต่ละครั้ง

ศาสตราจารย์ Jan-Åke Larsson และนักศึกษาระดับ博士 Niklas Johansson จาก ส่วนการเข้ารหัสข้อมูลที่ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยลิงคอปิง ได้ทำการวิจัยและเข้าใจว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีพลังมากกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกอย่างไร

ผลลัพธ์ของการวิจัยได้ถูกตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Entropy

“เราได้แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างหลักคือคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีองศาแห่งเสรีภาพสององศาสำหรับบิตแต่ละบิต โดยการจำลององศาแห่งเสรีภาพเพิ่มเติมในคอมพิวเตอร์คลาสสิก เราสามารถรันบางแอลกอริทึมด้วยความเร็วเท่ากับที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำได้” Jan-Åke Larsson กล่าว

ทีมงานได้สร้างเครื่องมือจำลองที่เรียกว่า Quantum Simulation Logic หรือ QSL ซึ่งอนุญาตให้พวกเขาได้จำลองการทำงานของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในคอมพิวเตอร์คลาสสิก QSL มีคุณสมบัติเฉพาะตัวซึ่งเป็นคุณสมบัติเดียวที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมมี แต่คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่มี นั่นคือองศาแห่งเสรีภาพเพิ่มเติมสำหรับบิตแต่ละบิตที่ใช้ในการคำนวณ

“ดังนั้น บิตแต่ละบิตจึงมีองศาแห่งเสรีภาพสององศา ซึ่งสามารถเทียบได้กับระบบกลไกที่แต่ละส่วนมีองศาแห่งเสรีภาพสององศา เช่น ตำแหน่งและความเร็ว ในกรณีนี้ เราได้พูดถึงบิตที่ใช้ในการคำนวณ — ซึ่งบรรจุข้อมูลเกี่ยวกับผลลัพธ์ของฟังก์ชัน และบิตเฟส — ซึ่งบรรจุข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของฟังก์ชัน” Jan-Åke Larsson อธิบาย

เครื่องมือ QSL ได้ถูกใช้โดยทีมงานเพื่อศึกษาแอลกอริทึมควอนตัมบางตัวที่รับผิดชอบในการจัดการโครงสร้างของฟังก์ชัน แอลกอริทึมเหล่านี้มีความเร็วเท่ากันในสถานการณ์จำลองและในคอมพิวเตอร์ควอนตัม

“ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความเร็วที่สูงกว่าในคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาจากความสามารถในการจัดเก็บประมวลผลและเรียกข้อมูลในองศาแห่งเสรีภาพเพิ่มเติม ซึ่งช่วยให้เราเข้าใจว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร นอกจากนี้ ความรู้นี้ควรช่วยให้การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมง่ายขึ้น เนื่องจากเรารู้ว่าคุณสมบัติใดที่สำคัญที่สุดสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมในการทำงานตามที่คาดหวัง” Jan-Åke Larsson กล่าว

ทีมงานยังได้สร้างเวอร์ชันทางกายภาพโดยใช้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ พวกเขาใช้ประตูที่คล้ายกับประตูในคอมพิวเตอร์ควอนตัม และเครื่องมือจำลองที่แสดงให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร ซึ่งจะช่วยให้นักเรียนและผู้อื่นๆ สามารถจำลองและเข้าใจว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร รวมถึงการเข้ารหัสควอนตัมและการส่งสัญญาณควอนตัม

การวิจัยใหม่นี้สามารถเพิ่มการเชื่อมต่อระหว่างการคำนวณควอนตัมและปัญญาประดิษฐ์ หนึ่งในการเชื่อมต่อเหล่านี้คือการทำแผนที่คุณสมบัติ การวิจัยอื่นๆ ที่ดำเนินการโดย IBM Research, MIT และนักวิจัยจาก牛津ได้แสดงให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีพลังมากขึ้นจะสามารถทำการทำแผนที่คุณสมบัติในโครงสร้างข้อมูลที่ซับซ้อนได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกทำไม่ได้ การทำแผนที่คุณสมบัติมีความสำคัญในการเรียนรู้ของเครื่อง และสามารถนำไปสู่ปัญญาประดิษฐ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งสามารถระบุรูปแบบในข้อมูลที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถตรวจจับได้

เมื่อมีการวิจัยเพิ่มเติมในด้านเหล่านี้ จะมีการเชื่อมต่อระหว่างสองด้านที่สำคัญมากขึ้น