วิดีโอ

สรุป

ในอดีต เทคโนโลยีของมนุษย์เราก็จะมีเพียง

สมอง ไฟ และไม้แหลมๆ เท่านั้น

ขณะที่ไฟและไม้แหลมๆนั้นกลายมาเป็นโรงงานไฟฟ้าและอาวุธนิวเคลียร์

สติปัญญาของพวกเราก็เพิ่มมากขึ้นไปด้วย

นับตั้งแต่ปี คศ.1960 พลังสมองของพวกเราก็เพิ่มมากขึ้นอย่างรวดเร็ว

พวกเราสามารถสร้างคอมพิวเตอร์ที่เล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ในเวลาเดียวกัน

แต่กระบวนการเหล่านี้ก็ใกล้จะมาถึงข้อจำกัดทางกายภาพแล้ว

ชิ้นส่วนของคอมพิวเตอร์กำลังจะมีขนาดเท่ากับอะตอม

เพื่อที่จะเข้าใจถึงปัญหา เราจะต้องรู้พื้นฐานกันก่อน

เอาล่ะ คอมพิวเตอร์นั้นถูกสร้างขึ้นด้วยชิ้นส่วนที่เรียบง่าย ที่ทำหน้าที่ง่ายๆ

เช่นแสดงผลข้อมูล ประมวลผลข้อมูล และกลไกการควบคุม

ตัวชิปคอมพิวเตอร์นั้นประกอบไปด้วยโมดูลมากมาย

ซึ่งโมดูลเหล่านั้นมี Logic gate มากมาย ซึ่งแต่ละ Logic gate เหล่านั้นก็เต็มไปด้วยทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์นั้นเป็นส่วนที่เรียบง่ายที่สุดของหน่วยประมวลผลในคอมพิวเตอร์

โดยพื้นฐานแล้ว สวิทช์เป็นตัวที่เอาไว้ปิดหรือเปิดเส้นทาง

ของข้อมูลที่ไหลเข้ามา

ข้อมูลเหล่านี้ประกอบไปด้วยบิทจำนวนมาก ซึ่งบิทเหล่านี้อาจจะเป็น 0 หรือ 1 ก็ได้

การรวมตัวของบิทจำนวนมากนั้นจะใช้แทนข้อมูลที่ซับซ้อน

การรวมตัวของทรานซิสเตอร์จำนวนมาก ก็จะใช้แทน Logic gate ที่ทำหน้าที่ที่เรียบง่าย

ยกตัวอย่างเช่น AND gate จะส่ง 1 ออกไปถ้าบิทที่เข้ามาเป็น 1 ทั้งหมด

ในทางกลับกันก็จะเป็น 0 ถ้าบิทที่เข้ามาไม่ใช่ 1 ทั้งหมด

ซึ่งการรวมตัวกันของ Logic gates จำนวนมากนี้แหละ ที่จะทำให้เกิดเป็นโมดูลที่ใช้งานได้

เช่นการบวกเลข

เมื่อบวกเลขได้ ก็สามารถคูณได้เช่นกัน และเมื่อคูณเลขได้

ก็สามารถทำอะไรก็ได้

เมื่อการทำงานพื้นฐานทั้งหมดนั้นง่ายกว่าคณิตศาสตร์ ป.1 ซะอีก !

คุณสามารถจินตนาการได้เลยว่าคอมพิวเตอร์นั้นเป็น แก๊งเด็กที่มีอายุเพียง 7 ขวบ

ที่คอยตอบคำถามคณิตศาสตร์ง่ายๆ

เมื่อแก๊งเด็กเหล่านี้มีเยอะเพียงพอก็จะสามารถประมวลผลอะไรก็ได้ ตั้งแต่ดาราศาสตร์จนไปถึง Zelda

อย่างไรก็ตาม เมื่อชิ้นส่วนเหล่านี้มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ

ฟิสิกส์ควอนตัมจึงทำให้สิ่งต่างๆซับซ้อนขึ้น

โดยย่อแล้ว ทรานซิสเตอร์เป็นเพียงสวิทช์ไฟฟ้าตัวหนึ่ง

ไฟฟ้านั้นก็คืออิเล็กตรอนที่วิ่งจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง

ดังนั้นสวิทช์ก็คือตัวที่กั้นทางเดินของไฟฟ้าในทิศทางหนึ่งๆ

ทุกวันนี้ ทรานซิสเตอร์ทั่วไปมีขนาด 14 นาโนเมตร

ซึ่งเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของไวรัส HIV ประมาณ 8 เท่า

และเล็กกว่าเซลล์เม็ดเลือดแดง 500 เท่า

เมื่อขนาดของทรานซิสเตอร์ลดจนเท่ากับอะตอมเพียงจำนวนหนึ่ง

อิเล็กตรอนจึงอาจจะไหลผ่านไปยังอีกด้านของบล๊อค

ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าอุโมงค์ควอนตัม (quantum tunneling)

ในอาณาจักรของควอนตัม ฟิสิกส์นั้นทำงานค่อนข้างที่จะแตกต่างจากเดิม

ที่เราสามารถคาดเดาได้

และการทำงานคอมพิวเตอร์ก็จะไม่สมเหตุสมผลอีกต่อไป

เราพยายามที่จะใช้วิธีทางกายภาพสำหรับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

เพื่อที่จะแก้ปัญหาที่นักวิทยาศาสตร์พยายามจะแก้ไข

เราจะใช้ข้อได้เปรียบของคุณสมบัติทางควอนตัมที่ไม่ปรกติเหล่านี้

ในการสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์

ปกติแล้วในคอมพิวเตอร์ บิทจะเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของข้อมูล

แต่ในควอนตัมคอมพิวเตอร์นั้นจะใช้ คิวบิท (qubit) ซึ่งสามารถเป็นได้ทั้ง 0 และ 1

คิวบิทยังสามารถมีได้สองระดับในระบบของควอนตัม

เช่นการหมุนในสนามแม่เหล็ก หรือเป็นเพียงโฟตอนเดี่ยวๆ

โดยในสถานะนี้อาจจะเป็นได้ทั้ง 0 และ 1

เหมือนกับการโพลาไรซ์ทั้งแนวนอนและแนวตั้ง

ในโลกของควอนตัม คิวบิทไม่จำเป็นต้องเป็น 0 หรือ 1

แต่มันสามารถเป็นได้ทั้ง 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน !

สถานะนี้เรียกว่า สถานะทับซ้อน

แต่ทันทีที่ทดสอบค่าของมัน โดยส่งโฟตอนผ่านตัวกรอง

มันจะต้องตัดสินใจที่จะโพลาไรซ์ทั้งแนวตั้งและแนวนอน

ดังนั้น ตราบใดที่มันไม่สามารถตรวจสอบค่าได้ ก็เป็นไปได้ที่คิวบิทจะอยู่ในสถานะทับซ้อน

ที่สามารถเป็นได้ทั้ง 0 และ 1 ซึ่งคุณไม่สามารถคาดเดาได้เลยว่าจะเป็นอะไร

แต่ทันทีที่คุณวัดค่ามัน มันก็จะเปลี่ยนเป็นอีกค่าหนึ่งซะแล้ว !

สถานะทับซ้อนคือตัวเปลี่ยนเกม

รูปแบบของ 4 บิททั่วไป สามารถมีได้ทั้งหมด 2 ยกกำลัง 4

รูปแบบในเวลาเดียวกัน

ทั้ง 16 รูปแบบนั้นจะสามารถใช้ได้เพียง 1 รูปแบบเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม 4 คิวบิทในสถานะทับซ้อน

สามารถเป็นได้ทั้งหมด 16 รูปแบบในเวลาเดียวกัน !

ซึ่งตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างเอ็กโพเนนเชียล ในทุกคิวบิทที่เพิ่มเข้ามา

คิวบิท 20 ตัวนั้นสามารถเก็บค่าได้ 1 ล้านค่าในเวลาเดียวกัน

คุณสมบัติของคิวบิทที่แปลกและขัดต่อสามัญสำนึกอย่างมาก

ก็คือ entanglement ซึ่งเป็นการเชื่อมตัวระหว่างคิวบิท

ที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสถานะของคิวบิทอื่นๆทันที

โดยไม่เกี่ยงว่าพวกมันจะห่างกันไกลขนาดไหน

นั่นหมายความว่าเมื่อวัดค่าคิวบิทที่ entangled แล้ว

คุณสามารถทำนายสถานะของเพื่อนมันได้เลยโดยที่ไม่ต้องวัดค่าอีก

สำหรับการทำงานของคิวบิทก็เป็นเรื่องที่น่าปวดหัวเช่นกัน

โดยลอจิกเกทปกติจะรับกลุ่มของค่าง่ายๆที่ส่งเข้ามา

และส่งออกไปเพียงผลลัพธ์เดียว

ในขณะที่ควอนตัมเกทรับค่าคิวบิทที่มีสถานะทับซ้อน

สุ่มความน่าจะเป็น และสร้างผลลัพท์ที่เป็นสถานะทับซ้อนอีกคิวบิทหนึ่งออกมา

ดังนั้นควอนตัมคอมพิวเตอร์เตรียมคิวบิทจำนวนหนึ่ง ผ่านควอนตัมเกทเพื่อยึดติดกัน

และจัดการกับความน่าจะเป็น จากนั้นก็วัดค่าผลลัพท์ออกมา

และยุบการทับซ้อนทั้งหมดเป็นกลุ่มของ 0 และ 1 เรียงต่อกัน

หมายความว่าคุณจะได้การคำนวณทั้งหมดออกมา

นั่นเป็นไปได้ว่าคำนวณค่าทั้งหมดจะเสร็จพร้อมกัน

ในที่สุดแล้ว จะสามารถวัดได้เพียงค่าหนึ่งในผลลัพท์ทั้งหมด

และมันอาจจะเป็นค่าที่ต้องการ

ดังนั้นอาจจะต้องตรวจสอบและลองอีกครั้ง

แต่ถ้าใช้ประโยชน์จากการทับซ้อนและการยึดติดกันอย่างชาญฉลาดแล้วล่ะก็

นี่อาจจะทำให้ควอนตัมคอมพิวเตอร์มีประสิทธิภาพมากขึ้นหลายเท่าตัว

มากกว่าทุกๆความเป็นไปได้บนคอมพิวเตอร์ปกติทั้งหมด

ดังนั้น ในขณะที่ควอนตัมอาจจะยังไม่สามารถแทนที่คอมพิวเตอร์ของเราได้

แต่ในงานบางอย่างพวกมันทำงานได้เหนือกว่าโดยสิ้นเชิง

หนึ่งในนั้นคือการสืบค้นข้อมูล

เพื่อหาบางสิ่งบางอย่างในฐานข้อมูล

บนคอมพิวเตอร์ปกติอาจจะต้องทดสอบทุกๆชุดข้อมูล

แต่อัลกอริธึมของควอนตัมนั้นใช้เวลาเพียงรากที่สองของเวลานั้น

ยิ่งขนาดฐานข้อมูลโตมากเท่าไหร่ ยิ่งมีความแตกต่างมากเท่านั้น

ตัวอย่างการใช้งานควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่โด่งดังที่สุดคือการเจาะระบบความปลอดภัย

ในปัจจุบันนี้ ข้อมูลการท่องเว็บ อีเมล และข้อมูลธนาคาร

ถูกเก็บอย่างปลอดภัยด้วยระบบเข้ารหัสที่ให้กุญแจสาธารณะกับทุกคน

เพื่อเข้ารหัสข้อความที่มีเพียงคุณเท่านั้นที่ถอดรหัสได้

ปัญหาคือว่ากุญแจสาธารณะนี้สามารถใช้

เพื่อคำนวณกุญแจลับของคุณออกมาได้

โชคดีที่ว่า การคำนวณเช่นนั้นบนคอมพิวเตอร์ปกติ

อาจจะใช้เวลาหลายปีโดยวิธีการลองผิดลองถูก

แต่ในควอนตัมคอมพิวเตอร์ด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล

อาจจะสามารถทำได้เพียงเสี้ยววินาที

การใช้งานอีกอย่างที่น่าตื่นเต้นมากๆคือการจำลอง

การจำลองในโลกของควอนตัมคอมพิวเตอร์นั้นใช้ทรัพยากรอย่างมหาศาล

และยิ่งไปกว่านั้นในโครงสร้างที่ใหญ่มากขึ้น เช่นกลุ่มของโมเลกุล

พวกมันมักจะขาดความแม่นยำ

ดังนั้นทำไมไม่จำลองควอนตัมฟิสิกส์ด้วยควอนตัมคอมพิวเตอร์จริงๆล่ะ?

การจำลองควอนตัมสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ในโปรตีน

นั่นอาจจะเป็นการปฏิวัติวงการยาเลยก็ได้

ในตอนนี้เราไม่รู้ว่าควอนตัมคอมพิวเตอร์จะเป็นอย่างไร

เป็นเพียงเครื่องมือที่พิเศษหรือเครื่องมือที่เป็นการปฏิวัติที่ยิ่งใหญ่สำหรับมนุษยชาติ

เราไม่รู้เลยว่าขีดจำกัดของเทคโนโลยีอยู่ที่ไหน

และมันมีเพียงหนทางเดียวที่สามารถรู้ได้!

วิดีโอนี้สนับสนุนโดยสถาบันการศึกษาวิทยาศาสตร์ออสเตรเลีย

ที่ส่งเสริมและสนับสนุนความเป็นเลิศในด้านวิทยาศาสตร์

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อนี้และอื่น ๆ

ที่ nova.org.au

มันน่าตื่นเต้นในการทำงานกับพวกเขา ดังนั้นลองเข้าไปดูเว็บไซต์ของพวกเขา !

วิดีโอของเราสามารถเป็นไปได้ด้วยการสนับสนุนของคุณบน Patreon.com

ถ้าคุณต้องการสนับสนุนพวกเรา และเป็นส่วนหนึ่งของ Kurzgesagt bird army

ลองไปดูเว็บ Patreon ของเรา!

Thai Subtitles by Euro (phuchit.sir{gmail.com)