นักฟิสิกส์จาก “มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด” ได้ประสบความสำเร็จครั้งประวัติศาสตร์ในการเชื่อมต่อ ควอนตัมคอมพิวเตอร์สองเครื่องที่แยกจากกัน ให้สามารถทำงานร่วมกันได้เสมือนเป็นเครื่องเดียว โดยใช้เพียงแสงในการถ่ายโอนข้อมูล ความสำเร็จนี้ไม่ได้เป็นเพียงการทดลองทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังเป็นก้าวสำคัญที่ทำให้ความฝันของการสร้าง คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ขยายขนาดได้จริง (Scalable Quantum Computers) ดูใกล้ความเป็นจริงขึ้นมาทันที

1. การทำงานและคุณสมบัติเฉพาะของควอนตัมคอมพิวเตอร์

    ควอนตัมคอมพิวเตอร์มีความแตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับคอมพิวเตอร์ทั่วไป แทนที่จะประมวลผลข้อมูลด้วย "บิต" ที่มีสถานะเป็น 0 หรือ 1 เท่านั้น ควอนตัมคอมพิวเตอร์ใช้ "คิวบิต" (Qubits) ซึ่งสามารถอยู่ในหลายสถานะพร้อมกันได้ คุณสมบัติแปลกประหลาดนี้เองที่ช่วยให้ระบบควอนตัมสามารถทำการคำนวณที่ซับซ้อนมหาศาลได้เร็วกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดหลายล้านเท่า

อย่างไรก็ตาม ปัญหาใหญ่ของการสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์คือการควบคุมคิวบิตจำนวนมากภายในเครื่องเดียว เนื่องจากยิ่งอัดคิวบิตเข้าไปมากเท่าไร ก็จะยิ่งเกิดสัญญาณรบกวน (noise) ความไม่เสถียร (instability) และการรบกวน (interference) มากขึ้นเท่านั้น

2. กลไกสำคัญของคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบกระจายศูนย์ (DQC)

    เพื่อเอาชนะข้อจำกัดด้านความเสถียรนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงใช้แนวคิด "คอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบกระจายศูนย์" (Distributed Quantum Computing - DQC) แทนที่จะสร้างหน่วยประมวลผลควอนตัมขนาดยักษ์ DQC จะแบ่งงานออกเป็นส่วน ๆ และให้หน่วยประมวลผลขนาดเล็กหลาย ๆ โมดูลช่วยกันทำ โมดูลเหล่านี้จะสื่อสารและแลกเปลี่ยนข้อมูลควอนตัมระหว่างกันผ่าน โฟตอน (Photons) หรืออนุภาคของแสง ในทางทฤษฎีแล้ว การเชื่อมต่อโมดูลเหล่านี้สามารถทำได้โดยไม่จำกัดจำนวน ทำให้เกิดเครือข่ายควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ทำงานประสานกันเป็นหนึ่งเดียว เบื้องหลังความสำเร็จที่
ออกซ์ฟอร์ด

ในการทดลองของออกซ์ฟอร์ด นักวิจัยได้เชื่อมโยงโมดูลควอนตัมสองเครื่องที่อยู่ห่างกันประมาณ 2 เมตร ซึ่งตั้งชื่อเล่นว่า "อลิซ" (Alice) และ "บ็อบ" (Bob)

        1. การเชื่อมโยงผ่านแสงและไอออน

        แต่ละโมดูลประกอบด้วยไอออน 2 ชนิดที่ถูกควบคุมในสนามไฟฟ้า โดยมีสตรอนเชียมไอออน (^88Sr⁺) ทำหน้าที่เป็น "คิวบิตเครือข่าย" สำหรับส่งและรับโฟตอน และแคลเซียมไอออน (^43Ca⁺) ทำหน้าที่เป็น "คิวบิตประมวลผล" สำหรับเก็บข้อมูล

        2. การสร้างสะพานควอนตัม

        โมดูลทั้งสองถูกเชื่อมโยงกันเมื่อต่างฝ่ายต่างปล่อยโฟตอนออกมา และโฟตอนเหล่านี้เดินทางไปรวมกันที่อุปกรณ์กลางที่เรียกว่า เครื่องวิเคราะห์สถานะเบลล์ (Bell-state analyzer) การนี้ทำให้เกิด "การพัวพันเชิงควอนตัม" (Quantum Entanglement) ระหว่างโฟตอน ซึ่งส่งผลให้คิวบิตเครือข่ายของอลิซและบ็อบเชื่อมต่อกันในทันที ก่อเกิดเป็น "สะพานควอนตัม"

        3. การเทเลพอร์ตเกตควอนตัม

        เมื่อเกิดการพัวพันแล้ว การดำเนินการทางควอนตัมที่เรียกว่า Controlled-Z (CZ) gate ก็ถูก "เทเลพอร์ต" ข้ามไปยังคิวบิตประมวลผลของทั้งสองโมดูล สิ่งที่น่าทึ่งคือ ไม่มีอะไรเคลื่อนที่ทางกายภาพระหว่างอลิซและบ็อบ แต่สถานะควอนตัมถูกแบ่งปันทันทีผ่านการพัวพันเชิงควอนตัม

        4. ผลลัพธ์   

        การทดลองนี้มีความแม่นยำ (Fidelity) ของการเทเลพอร์ตเกตสูงถึง 86.2% และความแม่นยำของการสร้างการพัวพันสูงเกือบ 97% ซึ่งยืนยันถึงความน่าเชื่อถือของกระบวนการนี้ นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังได้แสดงให้เห็นว่าแนวทางนี้สามารถใช้สำหรับการคำนวณจริงได้ โดยการรัน อัลกอริทึมค้นหาของโกรเวอร์ (Grover’s search algorithm) ซึ่งเป็นบททดสอบมาตรฐานในวงการควอนตัม แม้ว่าผลลัพธ์จะไม่สมบูรณ์ 100% แต่การค้นพบคำตอบที่ถูกต้องได้ประมาณ 71% เป็นครั้งแรกที่มีการรันอัลกอริทึมควอนตัมแบบกระจายศูนย์ที่ใช้การเทเลพอร์ตเกตหลายครั้งบนโมดูลที่แยกจากกัน

3. ประโยชน์ที่พลิกโฉมโลก (The Benefits)

ความก้าวหน้าของ DQC มีนัยสำคัญในหลายด้าน ดังนี้

• ความสามารถในการขยายขนาดที่ยืดหยุ่น (Scalability and Flexibility): แทนที่จะพยายามสร้างชิป ควอนตัมขนาดใหญ่ที่มีความเปราะบางและราคาสูง เราสามารถเชื่อมต่อหน่วยประมวลผลขนาดเล็กเข้าด้วยกันได้ แนวทางแบบโมดูลนี้มีความยืดหยุ่นสูง เพราะช่วยให้สามารถอัปเกรดหรือเปลี่ยนโมดูลบางส่วนได้โดยไม่กระทบต่อโครงสร้างทั้งหมด

• การสื่อสารที่ปลอดภัยสูงสุด (Ultra-Secure Communication): เครือข่ายควอนตัมจะสร้างระบบสื่อสารที่ต้านทานการถูกดักฟัง (tamper-proof) ได้โดยธรรมชาติ หากมีความพยายามในการดักข้อมูล สถานะควอนตัมจะถูกทำลายทันที ทำให้เจ้าของข้อมูลทราบได้ทันทีว่ามีการพยายามแอบดู

• การค้นคว้ายาและการจำลองโมเลกุลที่ซับซ้อน: ควอนตัมคอมพิวเตอร์สามารถช่วยในการออกแบบยารักษาโรคใหม่ ๆ และการจำลองโมเลกุลที่ซับซ้อนเพื่อเร่งการพัฒนาด้านเภสัชกรรมและวัสดุศาสตร์

• การสร้างแบบจำลองขนาดใหญ่: สามารถใช้ในการจำลองและทำความเข้าใจระบบขนาดใหญ่ที่ซับซ้อน เช่น พลวัตของสภาพภูมิอากาศ (climate dynamics) และตลาดการเงิน (financial markets) ซึ่งเป็นสิ่งที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกในปัจจุบันทำได้ยาก

• ปัญญาประดิษฐ์ (AI): DQC สามารถพัฒนาปัญญาประดิษฐ์ให้ก้าวกระโดดไปอีกขั้น

4. แนวโน้มและก้าวต่อไปสู่ยุค "อินเทอร์เน็ตควอนตัม"
    ผลการวิจัยของทีมออกซ์ฟอร์ดเป็นการวางรากฐานสำคัญสำหรับสิ่งที่เรียกว่า "อินเทอร์เน็ตควอนตัม" (Quantum Internet) ในอนาคตอันใกล้นี้ เราอาจได้เห็นเครือข่ายที่คอมพิวเตอร์ ควอนตัมที่อยู่ห่างไกลกันสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้อย่างปลอดภัยและฉับพลันทันทีผ่านการพัวพันเชิง ควอนตัม สถาปัตยกรรมที่ใช้โฟตอนในการสื่อสารนี้มีความยืดหยุ่นสูง ทำให้สามารถรองรับ ระบบไฮบริด (Hybrid systems) ที่ผสมผสานคิวบิตประเภทต่าง ๆ เข้าด้วยกันได้ เช่น ไอออนที่ถูกกักเก็บ (trapped ions), อะตอมที่เป็นกลาง (neutral atoms) หรือคิวบิตที่ทำจากเพชร

ด้วยการปรับปรุงเพิ่มเติม เทคโนโลยี DQC นี้มีศักยภาพในการเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์ควอนตัมเข้าด้วยกันข้ามเมืองหรือแม้แต่ข้ามทวีป ผ่านเส้นใยแก้วนำแสง (optical fibers) หรือช่องทางดาวเทียม ศาสตราจารย์ David Lucas หัวหน้าทีมวิจัยระบุว่า การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่า การประมวลผลข้อมูลควอนตัมแบบกระจายศูนย์ในเครือข่ายเป็นสิ่งที่ทำได้จริงด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน และแสดงให้เห็นถึง "เส้นทางข้างหน้า" ในการขยายขนาดควอนตัมคอมพิวเตอร์ แม้ว่าความท้าทายยังคงมีอยู่ เช่น การลดสัญญาณรบกวน การปรับปรุงการซิงโครไนซ์ และการเพิ่มความเร็วในการสร้างการพัวพัน แต่ทุกก้าวเดินล้วนนำเทคโนโลยีนี้เข้าใกล้การใช้งานจริงมากขึ้น

การค้นพบครั้งนี้เป็นการพิสูจน์ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ และแสดงให้เห็นว่าในไม่ช้า มนุษยชาติอาจสามารถประมวลผลและแบ่งปันข้อมูลได้ด้วยความเร็วแสงอย่างแท้จริง 

แหล่งอ้างอิง : https://techsauce.co/tech-and-biz/oxford-quantum-computer-teleportation

สำหรับผู้ที่สนในเทคโนโลยีและนวัตกรรมสามารถติดตาม Avery IT Tech เพื่อเรียนรู้เทคโนโลยี Solution ต่างๆที่น่าสนใจอีกมากมาย เพราะเทคโนโลยี อยู่รอบตัวคุณ