ศูนย์ข้อมูลควอนตัมในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์: คลาวด์แห่งอนาคต

จะเป็นอย่างไรหาก "คลาวด์คอมพิวติ้ง" กลายเป็นความจริงแท้? นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาเรื่องนี้อยู่ ปรับใช้ คอมพิวเตอร์ขั้นสูงในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์เพื่อแก้ไขปัญหาหลักประการหนึ่งของการคำนวณควอนตัม

หากนำไปใช้งาน คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์นี้จะ... ทาง ไปยัง แก้ ปัญหาดังกล่าวอาจช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการทำความเย็นและเปลี่ยนแปลงสิ่งต่างๆ ได้อย่างสิ้นเชิง วิธีการที่ we ทราบ และคิด of 'การประมวลผลแบบคลาวด์'

ต้นทุนการระบายความร้อนที่เพิ่มสูงขึ้นของศูนย์ข้อมูลควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัม เป็น คอมพิวเตอร์ประเภทหนึ่ง ที่ ใช้ประโยชน์ กลศาสตร์ควอนตัมช่วยให้สามารถคำนวณที่ซับซ้อนได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมมาก

แตกต่างจากคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกซึ่งจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลในรูปแบบบิต (เช่น ศูนย์หรือหนึ่ง) คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้คิวบิตซึ่งสามารถอยู่ในหลายสถานะพร้อมกันได้ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการซ้อนทับ และยังสามารถเชื่อมโยงเข้าด้วยกันได้อีกด้วย ซึ่งเป็นปรากฏการณ์หนึ่ง เรียกว่า การพันกัน (entanglement) คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถสำรวจความเป็นไปได้มากมายพร้อมกันได้

ด้วยคิวบิตเป็นหน่วยข้อมูลพื้นฐาน คอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงสามารถทำการคำนวณแบบขนานขั้นสูงและมีความจุในการจัดเก็บข้อมูลเพิ่มขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม คิวบิตมีความไวต่อสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อมมาก เช่น ความร้อน การสั่นสะเทือน และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

พวกเขาเป็น ง่ายดาย ชิ้นส่วนเหล่านี้เปราะบางมาก ดังนั้นจึงต้องเก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิต่ำมากเพื่อป้องกันข้อผิดพลาดที่เกิดจากเสียงรบกวนและเพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานเป็นไปอย่างถูกต้อง.

ระบบควอนตัมส่วนใหญ่ทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำ ตั้งแต่ไม่กี่มิลลิเคลวินไปจนถึง 10 เคลวิน

ดังนั้น ในขณะที่ศูนย์ข้อมูลควอนตัม (QDCs) มีศักยภาพที่จะ ทำงานให้เสร็จเร็วขึ้นเป็นสองเท่า a แบบดั้งเดิม หนึ่งพวกเขาบริโภค สิบ ใช้พลังงานมากกว่าหลายเท่าเนื่องจาก การใช้งานของ ระบบทำความเย็นแบบไครโอเจนิกที่ใช้พลังงานสูง

เป็นผลให้ มี is ความต้องการ ไปยัง มองเข้าไปใน QDCs' แง่มุมทางเทอร์โมไดนามิกส์ ตามลำดับ เพื่อลด การใช้พลังงานในการทำความเย็น of ศูนย์ข้อมูลเหล่านี้

เทคนิคการระบายความร้อนหลักบางส่วนที่ใช้ในศูนย์ข้อมูลสำหรับชิปควอนตัม ได้แก่ การระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ การระบายความร้อนด้วยการเจือจาง และการระบายความร้อนด้วยท่อพัลส์ นอกจากนี้ เทคโนโลยีขั้นสูง เช่น การใช้ปรากฏการณ์แมกเนโตแคลอริก (ปรากฏการณ์ที่วัสดุแม่เหล็กจะร้อนขึ้นเมื่อมีสนามแม่เหล็กเข้ามา และเย็นลงเมื่อสนามแม่เหล็กถูกถอดออก) ในซูเปอร์โซลิดก็กำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเช่นกัน

เทคนิคอีกอย่างหนึ่งเกี่ยวข้องกับการจุ่มวงจรควอนตัมลงในของเหลวแช่แข็งหายากอย่างฮีเลียม-3ซึ่งจะกลายเป็นของไหลยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำมาก และแสดงคุณสมบัติควอนตัมที่เป็นเอกลักษณ์

อย่างไรก็ตาม การสร้างและรักษาอุณหภูมิเยือกแข็งสำหรับคิวบิตยังคงเป็นเรื่องยาก ความต้องการ ต้นทุนและพลังงานที่สูงมาก ถือเป็นอุปสรรคสำคัญต่อ การคำนวณควอนตัม การนำไปใช้และการขยายผล up เทคโนโลยีที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วนี้

แจกันดอกไม้โรแมนติกนี้ เรียกร้องให้มีแนวทางด้านวิศวกรรมที่สร้างสรรค์ เพื่อให้สามารถประมวลผลควอนตัมได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง

งานวิจัยจากนักวิจัยของ KAUST ได้ทำเช่นนั้นโดยเสนอให้ติดตั้งโปรเซสเซอร์ควอนตัมบนแพลตฟอร์มระดับสูงในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ (High Altitude Platforms หรือ HAPs) โปรเซสเซอร์เหล่านี้จะถูกติดตั้งบนเรือเหาะที่บินอยู่ในชั้นบรรยากาศ ผ่านชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ ที่ระดับความสูงประมาณ 20 กิโลเมตร (12.4 ไมล์) ซึ่งอุณหภูมิโดยรอบอยู่ที่ -50 องศาเซลเซียส (ประมาณ -58 องศาฟาเรนไฮต์) 

ด้วยการใช้ประโยชน์จากสภาพอากาศเย็นตามธรรมชาติเหล่านี้ นักวิจัยมีเป้าหมายที่จะลดความต้องการด้านการระบายความร้อนของ QDC ลงอย่างมาก และทำให้การคำนวณควอนตัมมีประสิทธิภาพสูงและยั่งยืนได้

การเปลี่ยนเรือเหาะให้เป็นศูนย์ข้อมูลแช่แข็งพลังงานแสงอาทิตย์

ข้อเสนอใหม่จากนักวิจัยในประเทศซาอุดีอาระเบีย มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีคิงอับดุลลาห์ (KAUST)), ตีพิมพ์ในวารสาร npj Wireless Technology¹โดยให้รายละเอียดเกี่ยวกับกรอบการทำงานใหม่สำหรับการใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์โดยใช้เรือเหาะหรือบอลลูนอากาศ.

นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าแนวทางที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขาในการประมวลผลควอนตัมที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและสามารถปรับใช้ได้อย่างยืดหยุ่นในชั้นบรรยากาศเบื้องบนนั้นมีศักยภาพ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เหนือกว่า นอกจากนี้ ระบบยังมีประสิทธิภาพในการคำนวณที่ดีกว่า ดีกว่าศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิมที่ตั้งอยู่บนพื้นดิน

“ด้วยการปฏิบัติการอยู่เหนือเมฆและระบบสภาพอากาศ เรือเหาะจึงสามารถเข้าถึงแสงอาทิตย์ได้อย่างสม่ำเสมอและไม่มีสิ่งกีดขวาง”

– บาเซม ชิฮาดา ผู้เขียนหลักจาก KAUST

เพื่อที่จะ ใช้ประโยชน์จากสภาพอากาศหนาวเย็น of สำหรับชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ ทีมวิจัยได้เสนอแนวคิด "แพลตฟอร์มระดับสูงที่ใช้การคำนวณควอนตัม" (Quantum Computing-Enabled High Altitude Platforms หรือ QC-HAPs) เรือเหาะในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์เหล่านี้จะเป็นที่ตั้งของอุปกรณ์ควอนตัมซึ่งบรรจุอยู่ในตู้แช่แข็งเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิเยือกแข็งตามที่ต้องการ 

ใช่แล้ว ยังคงจำเป็นต้องใช้เครื่องทำความเย็นแบบไครโอสแตทเพื่อรักษาสถานะควอนตัม แต่ที่ความสูงระดับนั้น อุณหภูมิแวดล้อมที่ต่ำตามธรรมชาติจะช่วยลดพลังงานที่จำเป็นสำหรับการทำความเย็นแบบไครโอเจนิกได้อย่างมาก 
ปัดเพื่อเลื่อน →

นอกจากนี้ เรือเหาะเหล่านี้จะติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์เพื่อแปลงแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้า และแบตเตอรี่ลิเธียมซัลเฟอร์เพื่อให้มั่นใจได้ว่าสามารถใช้งานได้อย่างราบรื่นตลอดทั้งคืนและในสภาพอากาศที่ไม่เอื้ออำนวย

จากเอกสารดังกล่าว รังสีคอสมิก ซึ่งเป็นอนุภาคพลังงานสูงที่เกิดจากดวงอาทิตย์ จะมีผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือของระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์น้อยมาก ซึ่งเป็นการยืนยันถึงความเป็นไปได้ในการใช้งานแพลตฟอร์มนี้ในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ 

ดาวเทียม QC-HAP ที่ติดตั้งอยู่บนท้องฟ้าจะ... ถูกเชื่อมโยง ไปยังศูนย์ข้อมูลควอนตัมบนพื้นดิน

ด้วยเหตุนี้ HAP จะส่งข้อมูลที่เข้ารหัสในคลื่นแสง ผ่านทาง การสื่อสารด้วยแสงในพื้นที่ว่าง (FSO) ในกรณีที่มีเมฆมาก จะใช้การเชื่อมต่อคลื่นความถี่วิทยุเป็นระบบสำรอง

เพื่อป้องกันการเสื่อมคุณภาพของสัญญาณและการสูญเสียความสอดคล้องของข้อมูลขณะที่ข้อมูลเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ ทีมวิจัยแนะนำให้ใช้แพลตฟอร์มตัวกลางที่ติดตั้งบนบอลลูนในระดับความสูงที่ต่ำกว่า ทำหน้าที่เป็นสถานีส่งต่อสัญญาณ

ข้อดีอย่างยิ่งของ QC-HAP คือสามารถเคลื่อนย้ายไปยังที่ใดก็ได้ที่ต้องการ ไม่ว่าจะเป็นในพื้นที่ที่มีความต้องการสูงหรือพื้นที่ห่างไกล การใช้งานที่ยืดหยุ่นนี้ช่วยขยายขอบเขตการใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัม ลดปัญหาคอขวดในการคำนวณ และลดความหน่วง

นอกจากนี้ ยังสามารถเชื่อมโยงอุปกรณ์เหล่านี้เข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มกำลังการประมวลผลโดยรวม ก่อให้เกิด “กลุ่มอุปกรณ์ที่มีพลวัตซึ่งสามารถให้บริการประมวลผลควอนตัมตามความต้องการและปรับขนาดได้ทั่วโลก” วิเอม อับเดอร์ราฮิม ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิจัยอยู่ที่มหาวิทยาลัยคาร์เธจในตูนิเซียกล่าว

สถาปัตยกรรมกลุ่มดาวเทียม HAP หลายดวงที่ปรับขนาดได้นี้ สามารถเอาชนะข้อจำกัดด้านพลังงานของแต่ละดวง และเพิ่มข้อได้เปรียบด้านการคำนวณได้

จากการคำนวณของนักวิจัย โซลูชันที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ของพวกเขาสามารถลดความต้องการด้านการทำความเย็นลงได้ 21% เมื่อเทียบกับศูนย์ประมวลผลควอนตัมที่มีขนาดเทียบเท่ากันบนพื้นดิน

นักวิจัยได้นำแนวทางนี้ไปใช้กับรูปแบบการคำนวณควอนตัมชั้นนำสองรูปแบบ เนื่องจากความสมบูรณ์ ความเสถียร ความสามารถในการขยายขนาด และระยะเวลาการคงสภาพของควอนตัม การลดความต้องการการระบายความร้อนจะแตกต่างกันไปตามสถาปัตยกรรมของคิวบิต เนื่องจากแต่ละประเภททำงานที่อุณหภูมิที่แตกต่างกัน ช่วงอุณหภูมิเยือกแข็งที่แตกต่างกัน

แนวทางหนึ่งใช้คิวบิตที่สร้างจากไอออนที่ถูกดักจับและทำให้เย็นลงจนถึงประมาณ 4K (ประมาณ –269°C) แนวทางนี้ได้รับประโยชน์สูงสุดจากแนวคิด QC-HAP ส่วนอีกแนวทางหนึ่งใช้วงจรตัวนำยิ่งยวดที่ทำงานที่อุณหภูมิระหว่าง 10 ถึง 20 มิลลิเคลวิน

การวิเคราะห์ของพวกเขายังแสดงให้เห็นว่า HAP ที่ใช้เทคโนโลยีควอนตัมเหล่านี้รองรับคิวบิตได้มากกว่า QDC บนพื้นดินถึง 30% ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพไว้ได้ อัตราข้อผิดพลาดที่ลดลง โดยเฉพาะเมื่อใช้ประโยชน์จาก ความสามารถด้านฮาร์ดแวร์ขั้นสูง

นอกจากคิวบิตแล้ว การประหยัดพลังงานที่ได้จากระบบควอนตัมในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ยังขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมของศูนย์ข้อมูลด้วย จากการศึกษาดังกล่าว.

แม้ว่าแนวคิดแห่งอนาคตนี้จะมีประสิทธิภาพ แต่ก็ยังห่างไกลจากการนำไปใช้งานจริง โดยต้องอาศัยความก้าวหน้าอย่างมากในด้านฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ควอนตัม เช่น ระบบที่แข็งแกร่งในการระบุและแก้ไขข้อผิดพลาด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการส่งข้อมูล

นอกจากนี้ยังมี ลักษณะเฉพาะของสภาพแวดล้อมในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ เช่น การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลของความเข้มแสงอาทิตย์และสภาพอากาศที่ส่งผลกระทบต่อพลังงานแสงอาทิตย์ที่เก็บเกี่ยวได้ และส่งผลกระทบต่อ... ประสิทธิภาพด้านพลังงานของแพลตฟอร์มที่พวกเขานำเสนอ จำเป็นต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ

งานวิจัยในอนาคตควรเน้นไปที่การวิเคราะห์ว่าปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมส่งผลกระทบต่อระบบควอนตัมอย่างไร และในด้านอื่นๆ พัฒนารูปแบบการออกแบบที่แข็งแกร่งสำหรับการนำ QC-HAP ไปใช้ในสภาพแวดล้อมจริง 

“ขั้นตอนต่อไปของเราคือการเปลี่ยนจากขั้นตอนเชิงแนวคิดและการวิเคราะห์ไปสู่การศึกษาที่เน้นการนำไปปฏิบัติมากขึ้น”

– โอซามา อามิน ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยชิ้นนี้

ในอนาคต นักวิจัยคาดว่าโซลูชันควอนตัมทางอากาศจะไม่เข้ามาแทนที่ แต่จะอยู่ควบคู่ไปกับศูนย์ข้อมูลภาคพื้นดินแบบดั้งเดิมในกรอบการทำงานคลาวด์คอมพิวติ้งแบบไฮบริด

การแข่งขันระดับโลกเพื่อทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมกลายเป็นความจริง

ขณะที่นักวิจัยกำลังสำรวจแพลตฟอร์มควอนตัมบนท้องฟ้า ผู้เล่นรายใหญ่ในอุตสาหกรรมก็ยังคงพัฒนาฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นสำหรับยุคควอนตัม ซึ่งแพลตฟอร์มเหล่านี้อาจรองรับได้ในอนาคต 

ไอบีเอ็ม (IBM )ตัวอย่างเช่น เป็นหนึ่งในบริษัทที่มีส่วนร่วมอย่างมากในด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยหวังว่าจะส่งมอบ Starling ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ที่ทนต่อข้อผิดพลาดได้ ก่อนสิ้นทศวรรษนี้

เมื่อเร็วๆ นี้ บริษัทได้ประกาศการพัฒนาหน่วยประมวลผลควอนตัม (QPU) รุ่นใหม่ที่ ถูกคาดหวัง เพื่อช่วย พวกเขา บรรลุความได้เปรียบเชิงควอนตัม และ คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีความทนทานต่อข้อผิดพลาดอย่างสมบูรณ์

ด้วยจำนวนคิวบิต 120 ตัว IBM Quantum Nighthawk จึง... ของมัน โปรเซสเซอร์ใหม่ตัวแรก ที่สามารถประมวลผลได้ สามารถคำนวณควอนตัมที่ซับซ้อนกว่า QPU รุ่นก่อนหน้าของ IBM (R2 Heron) ได้ถึง 30% คิวบิตแต่ละตัวเหล่านี้สามารถเชื่อมต่อกันได้ กับสิ่งที่ใกล้ที่สุด สี่ ขอบคุณเพื่อนบ้าน ตัวเชื่อมต่อแบบปรับได้ กรอบการทำงานนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสำรวจปัญหาที่ต้องใช้เกตสองคิวบิตจำนวน 5,000 ตัว โดย IBM หวังว่า... เพื่อที่จะมี เวอร์ชันในอนาคตของ Nighthawk การส่งมอบ ติดตั้งประตูมากถึง 10,000 บานภายในสิ้นปี 2027

IBM Loon เป็นโปรเซสเซอร์ขนาดเล็กอีกตัวหนึ่ง ซึ่งมี คิวบิต 112 ตัว และองค์ประกอบฮาร์ดแวร์ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการทนต่อความผิดพลาดอย่างสมบูรณ์ เพื่อรับมือกับอัตราความล้มเหลวที่สูง ในคิวบิต. แจกันดอกไม้โรแมนติกนี้ จะช่วยให้ทีมเรียนรู้ล่วงหน้าเกี่ยวกับ Kookaburra ซึ่งเป็นโปรเซสเซอร์ต้นแบบอีกตัวหนึ่ง และจะเป็น QPU ที่ออกแบบเป็นโมดูลาร์ตัวแรกที่สามารถจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลที่เข้ารหัสได้ คาดว่า ในปีถัดไป

นอกจากนี้ IBM ยังเปิดเผยว่า ของพวกเขา ใหม่ รูปแบบของ การผลิตโปรเซสเซอร์ควอนตัมบนแผ่นเวเฟอร์ขนาด 300 มม. (12 นิ้ว) ช่วยลดเวลาในการสร้างแต่ละชิ้นลงครึ่งหนึ่ง ในขณะเดียวกันก็เพิ่มประสิทธิภาพ ความซับซ้อนทางกายภาพ ของชิป โดย 10x

แม้ว่าฮาร์ดแวร์จะพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว แต่ระยะเวลาในการนำเทคโนโลยีควอนตัมมาใช้ในวงกว้างนั้นแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละผู้นำอุตสาหกรรม

คอมพิวเตอร์ควอนตัม ตามที่ระบุ ของอินเทล (INTC ) แพท เกลซิงเกอร์ อดีตซีอีโอ จะกลายเป็นกระแสหลักอย่างรวดเร็วภายในเวลาประมาณสองปี และจะเป็นจุดจบของ GPU ในขณะเดียวกัน Nvidia (NVDA )บริษัทที่เป็นผู้นำในตลาด GPU กล่าวว่า ต้องใช้เวลาถึงสองทศวรรษกว่าที่เทคโนโลยีควอนตัมจะกลายเป็นกระแสหลัก

“เรากำลังก้าวเข้าสู่ทศวรรษหรือสองทศวรรษที่น่าตื่นเต้นที่สุดสำหรับนักเทคโนโลยี” เกลซิงเกอร์กล่าวในการให้สัมภาษณ์กับ FT เขายังเรียกการคำนวณควอนตัมว่าเป็น “ตรีเอกภาพศักดิ์สิทธิ์” ของ... การคำนวณ โลกควบคู่ไปกับการคำนวณแบบดั้งเดิมและการคำนวณด้วยปัญญาประดิษฐ์

แต่ในขณะที่ Gelsinger เชื่อว่า "ความก้าวหน้าทางควอนตัม" จะทำให้ฟองสบู่ AI แตก แต่ Sundar Pichai จาก Google กลับมองว่ามันคือความเฟื่องฟูครั้งต่อไปของ AI เอง

ซีอีโอของบริษัทที่ใหญ่เป็นอันดับสามของโลก by บริษัทที่มีมูลค่าตลาด 3.86 ล้านล้านดอลลาร์สหรัฐ กล่าวในการสัมภาษณ์ล่าสุดว่า คอมพิวเตอร์ควอนตัมกำลังเข้าใกล้ช่วงเวลาแห่งความก้าวหน้าครั้งสำคัญอย่างรวดเร็ว คล้ายกับสิ่งที่ปัญญาประดิษฐ์ (AI) เคยประสบเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา

“ผมคิดว่าควอนตัมก้าวไปถึงจุดเดียวกับที่ AI เคยอยู่เมื่อห้าปีก่อนแล้ว ดังนั้นผมคิดว่าอีกห้าปีข้างหน้าเราจะเข้าสู่ช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นมากในด้านควอนตัม”

– พิชัย

และ Google กำลังวางตำแหน่งตัวเองอย่างแข็งขันเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงนี้ ตามที่ Pichai กล่าวไว้ว่า:

“เรามีการพัฒนาด้านการคำนวณควอนตัมที่ล้ำหน้าที่สุดในโลก…ผมคิดว่าการสร้างระบบควอนตัมจะช่วยให้เราจำลองและเข้าใจธรรมชาติได้ดียิ่งขึ้น และปลดล็อกประโยชน์มากมายสำหรับสังคม”

เพื่อตอกย้ำแนวโน้มนี้ เมื่อเดือนที่แล้วนี่เอง, นักวิจัยที่ Google Quantum AI รายงาน การดำเนินงานของ รหัสพื้นผิว² โดยใช้วงจรไดนามิกที่แตกต่างกันสามวงจร แจกันดอกไม้โรแมนติกนี้ เปิดโอกาสใหม่สำหรับการประยุกต์ใช้เทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม (Quantum Error Correction หรือ QEC) ที่เป็นที่รู้จักกันดีในโลกแห่งความเป็นจริง และอาจช่วยพัฒนาเทคนิคที่เชื่อถือได้มากขึ้นด้วย คอมพิวเตอร์ควอนตัม

QEC คือวิธีการทำให้คอมพิวเตอร์เหล่านี้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ นอกจากนี้ยังจำเป็นอย่างยิ่งในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนต่อข้อผิดพลาด แต่ “การนำ QEC ไปใช้นั้นเป็นความท้าทายอย่างมาก เพราะวงจรตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดมีความซับซ้อนและต้องการการทำงานที่แม่นยำอย่างยิ่ง” แมตต์ แมคอีเวน ผู้ร่วมเขียนกล่าว

รหัสพื้นผิวที่กล่าวถึงนี้ทำงานโดยการจัดเรียงคิวบิตบนตาราง 2 มิติ จากนั้นตรวจสอบหาข้อผิดพลาดซ้ำๆ

ก่อนหน้านี้ แมคอีเวนได้ทำงานเกี่ยวกับข้อเสนอทางทฤษฎีที่แสดงให้เห็นว่ามีหลายวิธีในการนำไปใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการนำรหัสพื้นผิวแบบไดนามิกที่แตกต่างกันสามแบบไปใช้: hex, iSWAP และวงจรการเดิน

จากนั้น ทีมก็ได้ดำเนินการต่อดังนี้ ทำงานเพื่อพิสูจน์ โดยที่พวกเขาทำงานทดลองภายใต้สภาวะจริง 

จากการทดสอบ พวกเขาพบว่าวงจร iSWAP มีประสิทธิภาพดีขึ้น การปราบปราม ของข้อผิดพลาด โดยเพิ่มขึ้น 1.56 เท่า และวงจรการเดินเพิ่มขึ้น 1.69 เท่า ในขณะที่วงจรหกเหลี่ยม ทำเช่นนั้น เพิ่มขึ้น 2.15 ครั้ง

“ผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดจากงานวิจัยของเราคือ การยืนยันว่าวงจรไดนามิกเหล่านี้สามารถใช้งานได้จริง”

– แมคอีเวน

ความก้าวหน้าในการพัฒนาเสถียรภาพของคิวบิตก็กำลังเร่งตัวขึ้นเช่นกัน วิศวกรจากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน คือ เมื่อเร็ว ๆ นี้ สามารถที่จะ ขยายออก อายุการใช้งานของคิวบิต³ จากการวิจัยล่าสุดของพวกเขา ซึ่ง โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนทางการเงินบางส่วนจาก Google Quantum AI.

นับเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประโยชน์ วิศวกรได้สร้างคิวบิตตัวนำยิ่งยวดที่คงความเสถียรได้นานกว่า 1 มิลลิวินาที ซึ่งยาวนานกว่ารุ่นที่มีอยู่ที่ดีที่สุดถึงสามเท่า

“ความท้าทายที่แท้จริง สิ่งที่ขัดขวางไม่ให้เราสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประโยชน์ได้ในปัจจุบัน คือการที่เราสร้างคิวบิตขึ้นมาแล้ว แต่ข้อมูลนั้นกลับไม่คงอยู่ได้นานนัก” แอนดรูว์ ฮูค ผู้ร่วมเขียนและคณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ของมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันกล่าว “นี่คือความก้าวหน้าครั้งสำคัญครั้งต่อไป”

เพื่อยืนยันการปรับปรุงความสอดคล้องของคิวบิต นักวิจัยได้สร้างชิปควอนตัมที่ใช้งานได้จริงโดยใช้สถาปัตยกรรมใหม่ ซึ่งคล้ายกับระบบที่พัฒนาโดย Google และ ไอบีเอ็ม (IBM ). 

ตัวเลือกคิวบิตทรานส์มอนที่ใช้อาศัยวงจรตัวนำยิ่งยวดที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงมาก ผู้สมัครที่ไม่รู้จัก อุณหภูมิและ เสนอสิ่งที่มั่นคง การป้องกัน จาก เสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังทำงานได้ดีกับกระบวนการผลิตในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม การเพิ่มระยะเวลาการคงสภาพของคิวบิตเหล่านี้เป็นเรื่องยากอย่างยิ่ง

ดังนั้น ทีมวิจัยจากพรินซ์ตันจึงออกแบบคิวบิตขึ้นใหม่ โดยใช้... แทนทาลัมที่มีความทนทานเป็นพิเศษเพื่อป้องกัน การสูญเสียพลังงานและซิลิคอนคุณภาพสูงที่หาได้ง่ายเป็นวัสดุรองรับ ชิปแทนทาลัม-ซิลิคอนนี้ไม่เพียงแต่ผลิตได้ง่ายกว่าในปริมาณมากเท่านั้น แต่ยังมีประสิทธิภาพเหนือกว่าการออกแบบในปัจจุบันอีกด้วย

การนำสองสิ่งนี้มาผสานรวมกับการปรับปรุงเทคนิคการผลิต ทำให้ทีมงานประสบความสำเร็จในการปรับปรุงครั้งสำคัญที่สุดครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์ของทรานส์มอน คอมพิวเตอร์สมมุติฐานที่มี 1,000 คิวบิต สามารถทำงานได้ ดีกว่าการออกแบบที่ดีที่สุดในปัจจุบันของอุตสาหกรรมนี้ราวหนึ่งพันล้านเท่า is สลับ ร่วมกับมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน ออกแบบ เนื่องจากมีการปรับปรุง ปรับ "เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามขนาดของระบบ" ฮูคกล่าว

เธโอ เปอรอนนิน ซีอีโอของบริษัทอลิซ แอนด์ บ็อบ ซึ่งเป็นบริษัทที่พัฒนาระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนต่อข้อผิดพลาดได้ Nvidia (NVDA )เมื่อเร็วๆ นี้ มีการกล่าวว่า แม้ว่าเทคโนโลยีควอนตัมจะยังไม่ก้าวหน้ามากพอที่จะคุกคามระบบการเข้ารหัสในปัจจุบัน แต่ก็อาจมีพลังมากพอที่จะถอดรหัสได้ในอีกไม่กี่ปีหลังจากปี 2030

แจกันดอกไม้โรแมนติกนี้ ก่อให้เกิดภัยคุกคามไม่เพียงแต่ต่อ Bitcoin (BTC ) และสกุลเงินดิจิทัล รวมถึงการเข้ารหัสข้อมูลทางการธนาคารทั้งหมดด้วย เขากล่าวในการสัมภาษณ์กับนิตยสาร Fortune ว่า:

“คำมั่นสัญญาของคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือการเร่งความเร็วแบบทวีคูณ แต่ถ้าคุณมองภาพรวมของกราฟแบบทวีคูณ มันจะแบนราบ และจากนั้นก็จะเป็นเหมือนกำแพงแนวตั้ง ดังนั้นเราจึงเพิ่งอยู่จุดเริ่มต้นของจุดเปลี่ยน ตอนนี้มันยังไม่ทรงพลังไปกว่าสมาร์ทโฟนของคุณ แต่ให้เวลาอีกสองสามปี มันจะทรงพลังกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา”"

อย่างไรก็ตาม บริษัทต่างๆ กำลังทำงานเพื่อหาทางแก้ไข ในขณะที่นักวิจัยกำลังขยายขอบเขตของเครือข่ายควอนตัม เดือนที่แล้ว นักวิจัยจากโรงเรียนวิศวกรรมโมเลกุล Pritzker แห่งมหาวิทยาลัยชิคาโก (UChicago PME) เพิ่มขอบเขตของการเชื่อมต่อควอนตัม³ จากเพียงไม่กี่กิโลเมตรไปจนถึง 2,000 กิโลเมตร

“เป็นครั้งแรกที่เทคโนโลยีสำหรับการสร้างอินเทอร์เน็ตควอนตัมระดับโลกอยู่ใกล้แค่เอื้อมแล้ว”"

– ผู้ช่วยศาสตราจารย์ เทียน จง

ในการศึกษาครั้งนี้ ทีมวิจัยได้เพิ่มระยะเวลาการคงสภาพของอะตอมเออร์เบียมแต่ละอะตอมจาก 0.1 มิลลิวินาที เป็นมากกว่า 10 มิลลิวินาที และในบางกรณี พวกเขาสามารถทำได้ถึง 24 มิลลิวินาที

นวัตกรรมในที่นี้คือ อาคาร ผลึกที่สำคัญต่อ สร้าง ความพัวพันของควอนตัม ในอีกรูปแบบหนึ่ง. ด้วยเหตุนี้ พวกเขาจึง... ใช้ การปลูกผลึกด้วยลำแสงโมเลกุล (MBE) ซึ่งเป็น คล้ายกับการพิมพ์ 3 มิติ “เราเริ่มต้นจากศูนย์ แล้วประกอบอุปกรณ์นี้ขึ้นทีละอะตอม”" เขากล่าวเสริมว่า “คุณภาพหรือความบริสุทธิ์ของวัสดุนี้สูงมาก จนทำให้คุณสมบัติความสอดคล้องเชิงควอนตัมของอะตอมเหล่านี้ยอดเยี่ยม”

การลงทุนในเทคโนโลยีควอนตัม

อิออนคิว อิงค์ (IONQ ) เป็นบริษัทที่มุ่งเน้นด้านควอนตัมโดยเฉพาะ โดยทำการสร้างและจำหน่ายคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยเน้นที่คิวบิตแบบไอออนดักจับ บริษัทนำเสนอฮาร์ดแวร์ควอนตัมผ่านแพลตฟอร์มคลาวด์หลักๆ เพื่อทำให้การคำนวณควอนตัมเข้าถึงได้ง่ายขึ้นและวางตำแหน่งให้เหมาะสมสำหรับการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ ขณะที่ควอนตัมกำลังก้าวไปสู่การใช้งานจริง 

ผลการดำเนินงานของหุ้น IonQ สะท้อนให้เห็นถึงเรื่องนี้ โดยปัจจุบันหุ้นซื้อขายอยู่ที่ 48.10 ดอลลาร์ ลดลง 21% ในเดือนที่ผ่านมา แต่เพิ่มขึ้นกว่า 18% ตั้งแต่ต้นปี และ 67.56% ในช่วงสามปีที่ผ่านมา มีกำไรต่อหุ้น (EPS) ในช่วง 12 เดือนที่ผ่านมาอยู่ที่ -5.35 และอัตราส่วนราคาต่อกำไร (P/E) ในช่วง 12 เดือนที่ผ่านมาอยู่ที่ -9.21

ในส่วนของความแข็งแกร่งทางการเงิน บริษัทรายงานรายได้ 39.9 ล้านดอลลาร์สหรัฐในไตรมาสที่ 3 ปี 2025 เพิ่มขึ้น 222% เมื่อเทียบกับปีก่อน ขาดทุนสุทธิ 1.1 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ขณะที่กำไรต่อหุ้นตามมาตรฐาน GAAP อยู่ที่ (-3.58) ดอลลาร์สหรัฐ และกำไรต่อหุ้นที่ปรับปรุงแล้วอยู่ที่ (-0.17) ดอลลาร์สหรัฐ

ณ สิ้นไตรมาส IonQ มีเงินสด เงินเทียบเท่าเงินสด และเงินลงทุนรวม 1.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ 

“เราบรรลุเป้าหมายทางเทคนิคประจำปี 2025 ของ #AQ 64 ได้ก่อนกำหนดถึงสามเดือน ซึ่งปลดล็อกพื้นที่การคำนวณได้มากกว่าระบบตัวนำยิ่งยวดเชิงพาณิชย์ชั้นนำถึง 36 ควอดริลเลียนเท่า เราประสบความสำเร็จครั้งประวัติศาสตร์อย่างแท้จริงด้วยการสาธิตประสิทธิภาพเกตสองคิวบิตที่ทำลายสถิติโลกถึง 99.99% ซึ่งตอกย้ำเส้นทางของเราสู่ 2 ล้านคิวบิตและ 80,000 คิวบิตเชิงตรรกะในปี 2030”"

– ซีอีโอ นิโคโล เด มาซี

ในไตรมาสนี้ IonQ ยังได้ดำเนินการเข้าซื้อกิจการ Oxford Ionics และ Vector Atomic เสร็จสมบูรณ์ และได้รับสัญญาใหม่จาก Oak Ridge Nationalห้องปฏิบัติการเพื่อพัฒนาเวิร์กโฟลว์ควอนตัม-คลาสสิกแบบเร่งความเร็วและการประยุกต์ใช้พลังงานขั้นสูง

คลิกที่นี่เพื่อดูรายชื่อบริษัทคอมพิวเตอร์ควอนตัมชั้นนำ 5 อันดับแรก

ข่าวสารล่าสุดเกี่ยวกับหุ้น IonQ, Inc. (IONQ)

สรุป: เมื่อ 'คลาวด์' กลายเป็นควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัมกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วจากเพียงแค่สิ่งแปลกใหม่ในห้องทดลองไปสู่การแข่งขันทางเทคโนโลยีระดับโลก โดยที่ยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรมอย่าง IBM, Google และ Nvidia กำลังผลักดันขีดความสามารถของฮาร์ดแวร์ไปสู่ระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน ในขณะเดียวกัน ความก้าวหน้าในด้านความสอดคล้องของคิวบิตและการคำนวณเชิงควอนตัมก็กำลังเกิดขึ้นการแก้ไขข้อผิดพลาดและการพันกันในระยะไกลกำลังช่วยแก้ปัญหาที่ท้าทายมายาวนานในสาขานี้อย่างต่อเนื่อง

ท่ามกลางสถานการณ์นี้ ข้อเสนอของ KAUST กำลังมุ่งเน้นไปที่การสร้าง “คลาวด์คอมพิวติ้ง”" ความเป็นจริงที่จับต้องได้ ซึ่งขับเคลื่อนด้วยอุณหภูมิเยือกแข็งตามธรรมชาติและแสงแดดที่ไม่มีวันหมด 

ความก้าวหน้าเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเรากำลังเข้าใกล้จุดเปลี่ยนครั้งสำคัญทางประวัติศาสตร์ ภายในทศวรรษหน้า มีความเป็นไปได้สูงมากที่การคำนวณควอนตัมจะเปลี่ยนจากทฤษฎีไปสู่การใช้งานจริงในที่สุด การปฏิบัติจริงปรับเปลี่ยนรูปแบบการเข้ารหัส วิทยาศาสตร์ และ ในที่สุด บางทีอาจรวมถึงความหมายของ "เมฆ" ด้วย" ตัวเอง

คลิกที่นี่เพื่อดูรายชื่อหุ้นกลุ่มคลาวด์คอมพิวติ้งชั้นนำ

อ้างอิง

1. Abderrahim W., Amin O. และ Shihada B. การคำนวณควอนตัมสีเขียวบนท้องฟ้า เอ็นพีเจ เทคโนโลยีไร้สาย 1. มาตรา 5 (2025) https://doi.org/10.1038/s44459-025-00005-y
2. A. Eickbusch, M. McEwen, V. Sivak, A. Bourassa, J. Atalaya, J. Claes, D. Kafri, C. Gidney, C. Warren, J. Gross, A. Opremcak, N. Zobrist, KC Miao, G. Roberts, KJ Satzinger, A. Bengtsson, M. Neeley, WP Livingston, A. Greene, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, TI Andersen, M. Ansmann, F. Arute, …, A. Morvan และคณะ การสาธิตรหัสพื้นผิวแบบไดนามิก ฟิสิกส์ธรรมชาติ, 2025, บทความตีพิมพ์เมื่อวันที่ 17 ตุลาคม 2025 https://doi.org/10.1038/s41567-025-03070-w
3. Gupta, S., Huang, Y., Liu, S., Pei, Y., Gao, Q., Yang, S., Tomm, N., Warburton, RJ, & Zhong, T. (2025). อินเทอร์เฟซสปิน-โฟตอนโทรคมนาคมแบบเอพิแทกเซียคู่ที่มีความสอดคล้องยาวนาน การสื่อสารธรรมชาติ, 16, 9814 https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6