ไมโครซอฟท์ เปิดตัวชิป Majorana 1 ปูทางสู่ควอนตัมคอมพิวติ้งยุคใหม่

ไมโครซอฟท์ เปิดตัวชิป Majorana 1 ปูทางสู่ควอนตัมคอมพิวติ้งยุคใหม่

โดย แคทเธอรีน โบลการ์

 

ไมโครซอฟท์ เปิดตัวชิปควอนตัมมาโจรานา 1 (Majorana 1) ที่ใช้สถาปัตยกรรม Topological Core ใหม่ล่าสุด เป็นรุ่นแรกของโลก ซึ่งคาดว่าจะนำไปสู่การสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่สามารถแก้ปัญหาเชิงอุตสาหกรรม ที่ซับซ้อนได้จริงในอีกเพียงไม่กี่ปีข้างหน้าเท่านั้น

ชิปดังกล่าวใช้ประโยชน์จากโทโพคอนดักเตอร์ตัวแรกของโลก ซึ่งเป็นวัสดุชนิดใหม่ที่สามารถสังเกตและ ควบคุมอนุภาคมาโจรานา เพื่อสร้างคิวบิตที่เชื่อถือได้และปรับขนาดได้มากขึ้น ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของ คอมพิวเตอร์ควอนตัม

ไมโครซอฟท์ อธิบายว่า เช่นเดียวกับที่สารกึ่งตัวนำเป็นรากฐานของสมาร์ทโฟน คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ ในปัจจุบัน โทโพคอนดักเตอร์และชิปมาโจรานา 1 จะปูทางไปสู่การพัฒนาระบบควอนตัมที่สามารถรองรับคิวบิตได้ถึง หนึ่งล้านหน่วย และแก้ปัญหาที่ซับซ้อนที่สุดทั้งในภาคอุตสาหกรรม และสังคม

เชอแทน นายัค ผู้เชี่ยวชาญทางเทคนิคของไมโครซอฟท์ กล่าวว่า “เราลองถอยกลับมาหนึ่งก้าวเพื่อพิจารณาว่า ‘ถ้าจะสร้างทรานซิสเตอร์สำหรับยุคควอนตัม ทรานซิสเตอร์นั้นควรมีคุณสมบัติอย่างไร’ นั่นคือที่มาของการพัฒนาชิป
มาโจรานา 1 การผสมผสานวัสดุคุณภาพสูงและรายละเอียดต่างๆ ทำให้เราสามารถสร้างคิวบิตแบบใหม่และ สถาปัตยกรรมที่ล้ำสมัย”

ไมโครซอฟท์ ระบุว่า สถาปัตยกรรมใหม่นี้ช่วยให้ชิปมาโจรานา 1 สามารถบรรจุคิวบิตได้ถึงหนึ่งล้านหน่วย ในขนาดพื้นที่ เท่ากับฝ่ามือ ซึ่งเป็นก้าวสำคัญที่นำไปสู่การสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่แก้ปัญหาต่างๆ ในชีวิตจริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น การย่อยสลายไมโครพลาสติกให้เป็นสารที่ไม่เป็นอันตราย หรือการพัฒนาวัสดุที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ สำหรับอุตสาหกรรมก่อสร้าง การผลิต และการแพทย์ เพราะควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีคิวบิตหนึ่งล้านหน่วย จะสามารถประมวลผลข้อมูลได้มากกว่าคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในโลกรวมกัน

“การพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์จะเกิดขึ้นได้จริง ต้องพัฒนาให้ถึงหนึ่งล้านคิวบิตเท่านั้น ไม่เช่นนั้น จะไปต่อไม่ได้ ซึ่งไมโครซอฟท์มีแผนที่จะไปให้ถึงจุดนั้น” นายัค กล่าว

โทโพคอนดักเตอร์ หรือที่ย่อมาจาก topological superconductor เป็นวัสดุพิเศษที่สามารถสร้างสถานะ ของสสารแบบใหม่ที่ไม่ใช่ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ แต่เป็นสถานะโทโพโลยี วัสดุนี้ถูกนำมาใช้สร้างคิวบิต ที่มีความเสถียร รวดเร็ว ขนาดเล็ก และควบคุมได้แบบดิจิทัล งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับล่าสุด อธิบายถึงวิธีการที่นักวิจัยของ ไมโครซอฟท์ สร้างและวัดคุณสมบัติควอนตัมของคิวบิตโทโพโลยี ซึ่งเป็นก้าวสำคัญสู่การนำไปใช้งานจริง

ความสำเร็จในครั้งนี้เกิดจากการพัฒนาวัสดุใหม่ที่ทำจากอินเดียมอาร์เซไนด์ (Indium arsenide) และอะลูมิเนียม (Aluminum) ซึ่งไมโครซอฟท์ออกแบบและสร้างขึ้นในระดับอะตอม โดยมีเป้าหมายคือการสร้างอนุภาคควอนตัม มาโจรานา และใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติพิเศษของสิ่งนี้ในการพัฒนาควอนตัมคอมพิวติ้งไปอีกขั้น

“ความก้าวหน้านี้ต้องอาศัยการพัฒนาโครงสร้างวัสดุแบบใหม่ทั้งหมดที่ประกอบด้วยอินเดียมอาร์เซไนด์ และอะลูมิเนียม ซึ่งไมโครซอฟท์ได้ออกแบบและสร้างขึ้นในระดับอะตอม โดยมีเป้าหมายเพื่อกระตุ้นให้เกิดอนุภาคควอนตัมชนิดใหม่ที่เรียกว่า ‘มาโจราน’ และใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเฉพาะตัวของมันในการก้าวไปสู่ขอบเขตใหม่ของการประมวลผลควอนตัม” ไมโครซอฟท์ กล่าว

แกนโทโพโลยี (Topological Core) หรือแกนการเชื่อมโยงการรับส่งข้อมูลเข้าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรูปแบบต่างๆ แกนแรกของโลกที่ขับเคลื่อนมาโจรานา 1 ได้รับการออกแบบให้มีความเสถียรตั้งแต่ต้น ด้วยการผสานความสามารถในการต้านทานข้อผิดพลาดในระดับฮาร์ดแวร์ ทำให้มีเสถียรภาพสูงยิ่งขึ้น

ทั้งนี้ การประยุกต์ใช้ที่สำคัญในเชิงพาณิชย์จำเป็นต้องดำเนินการหลายล้านล้านครั้งบนคิวบิตนับล้าน ซึ่งแทบเป็นไปไม่ได้ด้วยวิธีการปัจจุบันที่ต้องอาศัยการควบคุมแบบแอนะล็อกที่แม่นยำสำหรับคิวบิตแต่ละตัว ด้วยเหตุนี้ทีมไมโครซอฟท์จึงพัฒนาวิธีวัดผลรูปแบบใหม่ที่ช่วยให้สามารถควบคุมคิวบิตแบบดิจิทัลได้ ซึ่งเป็นการปรับเปลี่ยนแนวคิดและลดความซับซ้อนของการประมวลผลควอนตัมอย่างมหาศาล

ความก้าวหน้านี้เป็นเครื่องพิสูจน์ว่าการเลือกพัฒนา “คิวบิตโทโพโลยี” ของไมโครซอฟท์เมื่อหลายปีก่อนเป็นแนวทางที่ถูกต้อง แม้จะเป็นความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่มีความเสี่ยงสูง แต่ผลลัพธ์ที่ได้รับก็คุ้มค่า ปัจจุบัน ไมโครซอฟท์สามารถนำคิวบิตโทโพโลยี จำนวนแปดตัวมาอยู่บนชิปที่ออกแบบมาเพื่อขยายขนาดให้รองรับได้ถึงหนึ่งล้านคิวบิตเลยทีเดียว

“ตั้งแต่แรกเริ่ม เป้าหมายของเราคือการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อให้เกิดประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ ไม่ใช่เพียงเพื่อเป็นผู้นำทางความคิดเท่านั้น เรารู้ว่าต้องการคิวบิตรูปแบบใหม่ และเราต้องขยายขนาดให้ได้” แมทเธียส ทรอยเออร์ ผู้เชี่ยวชาญทางเทคนิคของไมโครซอฟท์ กล่าว

แนวทางนี้จึงนำไปสู่ความร่วมมือกับ สำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหม (Defense Advanced Research Projects Agency: DARPA) ซึ่งเป็นหน่วยงานของรัฐบาลกลางสหรัฐฯ ที่ลงทุนในเทคโนโลยีล้ำสมัยเพื่อความมั่นคง
ของชาติ โดย DARPA ได้ดึงไมโครซอฟท์เข้าร่วมในโครงการที่เข้มข้นนี้ด้วย เพื่อประเมินว่าเทคโนโลยีควอนตัมเชิงนวัตกรรมสามารถสร้างระบบควอนตัมที่มีศักยภาพในเชิงพาณิชย์ได้เร็วกว่าแนวทางทั่วไปหรือไม่

ไมโครซอฟท์เป็นหนึ่งในสองบริษัทที่ได้รับเชิญให้เข้าสู่ โครงการ Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC) ของ DARPA ในช่วงเฟสสุดท้าย ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ โครงการ Quantum Benchmarking Initiative ของ DARPA ที่มีเป้าหมายในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมระดับยูทิลิตี้ที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด หรือคอมพิวเตอร์ที่มีศักยภาพในการประมวลผลสูงกว่าต้นทุนที่ใช้ในการดำเนินการ

 

‘เพียงให้คำตอบกับคุณ’

นอกจากการพัฒนาฮาร์ดแวร์ควอนตัมของตัวเองแล้ว ไมโครซอฟท์ยังได้ร่วมมือกับ ควอนทินิวอัม (Quantinuum) บริษัทควอนตัมคอมพิวติ้งครบวงจรรายใหญ่ที่สุดของโลก และอะตอมคอมพิวติ้ง (Atom Computing) บริษัทเทคโนโลยีชั้นนำ เพื่อสร้างความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมบนคิวบิตยุคปัจจุบัน รวมถึงการประกาศเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เชื่อถือได้เครื่องแรกของอุตสาหกรรมไปเมื่อปีที่แล้วอีกด้วย

เครื่องมือประเภทนี้เปิดโอกาสสำคัญในการพัฒนาทักษะด้านควอนตัม สร้างแอปพลิเคชันไฮบริด และขับเคลื่อนการค้นพบใหม่ ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อนำ AI มาผสานกับระบบควอนตัมแบบใหม่ที่ใช้คิวบิตที่เชื่อถือได้ในจำนวนมากขึ้น Azure Quantum ในปัจจุบันได้นำเสนอโซลูชันครบวงจร ที่ช่วยให้ลูกค้าใช้ประโยชน์จากแพลตฟอร์ม AI, การประมวลผลสมรรถนะสูง (High Performance Computing: HPC) และควอนตัมบน Azure เพื่อเร่งความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์

อย่างไรก็ตาม การไปให้ถึงขอบเขตใหม่ของการประมวลผลควอนตัม จำเป็นต้องมีสถาปัตยกรรมที่ได้รับการออกแบบให้สามารถรองรับคิวบิตระดับล้านขึ้นไป และดำเนินการหลายล้านล้านครั้งอย่างรวดเร็วและแม่นยำ ซึ่งการประกาศในวันนี้ของไมโครซอฟท์แสดงให้เห็นว่าเป้าหมายดังกล่าวอาจเกิดขึ้นได้ภายในเวลาเพียงไม่กี่ปี ไม่ใช่หลายทศวรรษตามที่เคยคาดการณ์กันไว้อีกต่อไป" ไมโครซอฟท์ กล่าว

เนื่องจากเครื่องควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีคิวบิตนับล้าน สามารถแก้ปัญหาบางอย่างที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปในปัจจุบันไม่สามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำ โดยเฉพาะในด้านเคมี วัสดุศาสตร์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ เพราะเครื่องเหล่านี้ใช้หลักกลศาสตร์ควอนตัมในการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายพฤติกรรมของธรรมชาติได้อย่างแม่นยำสูง ไม่ว่าจะเป็นปฏิกิริยาเคมี การทำงานร่วมกันของโมเลกุล หรือพลังงานของเอนไซม์

• กรณีที่พบได้คือ เครื่องควอนตัมคอมพิวเตอร์สามารถช่วยไขปริศนาทางเคมีที่ซับซ้อน เกี่ยวกับสาเหตุที่ทำให้วัสดุเกิดการกัดกร่อนหรือแตกร้าว ความรู้นี้อาจนำไปสู่การพัฒนาวัสดุที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ เช่น ซ่อมรอยแตกบนสะพาน ชิ้นส่วนเครื่องบิน หน้าจอโทรศัพท์ที่แตก หรือแม้แต่รอยขีดข่วนบนประตูรถยนต์
• นอกจากนี้ การมีพลาสติกหลากหลายประเภท ทำให้ในปัจจุบันยังไม่สามารถค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) รูปแบบที่ใช้ได้กับทุกกรณี เพื่อย่อยสลายพลาสติกทั้งหมดได้ ซึ่งเรื่องนี้สำคัญมากโดยเฉพาะในการกำจัดไมโครพลาสติกหรือแก้ปัญหามลพิษคาร์บอน ควอนตัมคอมพิวเตอร์สามารถช่วยคำนวณคุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) ที่จะย่อยสลายสารมลพิษให้กลายเป็นสิ่งที่มีคุณค่า หรือช่วยพัฒนาวัสดุทางเลือกที่ไม่เป็นพิษตั้งแต่ต้น
• ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพชนิดหนึ่ง เช่น เอนไซม์ สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในด้านการแพทย์และการเกษตรได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ด้วยการคำนวณพฤติกรรมของเอนไซม์อย่างแม่นยำ ซึ่งทำได้เฉพาะด้วยควอนตัมคอมพิวเตอร์เท่านั้น สิ่งนี้อาจนำไปสู่การค้นพบครั้งสำคัญที่จะช่วยขจัดปัญหาความหิวโหยของโลก เช่น การเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดินเพื่อเพิ่มผลผลิต หรือการส่งเสริมการเพาะปลูกอาหารอย่างยั่งยืนในสภาพอากาศที่มีความรุนแรง

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ ควอนตัมคอมพิวเตอร์จะช่วยให้วิศวกร นักวิทยาศาสตร์ บริษัท และอื่น ๆ สามารถออกแบบ
สิ่งต่าง ๆ ได้อย่างถูกต้องตั้งแต่ครั้งแรก ซึ่งจะสร้างการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในทุกวงการ ตั้งแต่การดูแลสุขภาพไปจนถึง
การพัฒนาผลิตภัณฑ์ เมื่อนำพลังของควอนตัมคอมพิวเตอร์มาผนวกกับเทคโนโลยี AI แล้ว ทุกคนจะสามารถอธิบาย
ความต้องการเกี่ยวกับวัสดุใหม่หรือโมเลกุลที่ต้องการสร้างด้วยภาษาธรรมดา ๆ และได้คำตอบที่ต้องการทันที โดยไม่ต้องคาดเดาหรือใช้เวลาหลายปีในการลองผิดลองถูก

"บริษัทใดก็ตามที่ผลิตสินค้า จะสามารถออกแบบผลิตภัณฑ์ได้อย่างสมบูรณ์แบบตั้งแต่ครั้งแรก เพราะเครื่องจะให้คำตอบที่ถูกต้องมาเลย โดยควอนตัมคอมพิวเตอร์จะสอนให้ AI เข้าใจ 'ภาษา' ดังนั้น AI จะสามารถบอกสูตรหรือวิธีการสร้างสิ่งที่คุณต้องการได้โดยตรง" ทรอยเออร์ กล่าวเสริม

 

การยกระดับควอนตัมคอมพิวเตอร์ด้วยแนวคิดใหม่

โลกของควอนตัมทำงานตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม แตกต่างจากที่เราเข้าใจเรื่องกฎฟิสิกส์ อนุภาคในโลกควอนตัมเรียกว่า คิวบิต (qubits) หรือ หน่วยข้อมูลควอนตัม ซึ่งเทียบได้กับ บิต (bits) หรือเลข 0 และ 1 ที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปใช้งานอยู่ในปัจจุบัน

คิวบิตมีความบอบบางและไวต่อสิ่งรบกวนมาก จึงเป็นการง่ายที่จะเกิดข้อผิดพลาดจากสิ่งแวดล้อมรอบตัว ทำให้คิวบิตสลายตัวและสูญเสียข้อมูลไป นอกจากนี้สถานะของคิวบิตยังอาจเปลี่ยนแปลงได้เมื่อมีการวัดค่า ซึ่งเป็นปัญหาสำคัญ เพราะการวัดค่าเป็นสิ่งจำเป็นในการคำนวณ ความท้าทายจึงอยู่ที่การพัฒนาคิวบิตที่สามารถวัดค่าและควบคุมได้ ในขณะเดียวกันก็ต้องป้องกันให้ปลอดภัยจากสัญญาณรบกวนจากสิ่งแวดล้อมที่จะทำให้คิวบิตเสียหาย

เราสามารถสร้างคิวบิตได้ด้วยวิธีการที่หลากหลาย ซึ่งแต่ละวิธีก็มีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน เมื่อเกือบ 20 ปี
ที่แล้ว ไมโครซอฟท์ตัดสินใจเลือกแนวทางที่แตกต่าง นั่นคือการพัฒนา "คิวบิตโทโพโลยี" ซึ่งบริษัทเชื่อว่าจะให้คิวบิตที่เสถียรกว่าและต้องการการแก้ไขข้อผิดพลาดน้อยกว่า ทำให้ได้เปรียบในด้านความเร็ว ขนาด และการควบคุม แม้ว่าแนวทางนี้จะใช้เวลาในการเรียนรู้และพัฒนาอย่างมาก เพราะต้องการการค้นพบทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่ไม่เคยมีใครทำมาก่อน แต่ก็เป็นเส้นทางที่มีความหวังมากที่สุดในการสร้างคิวบิตที่สามารถขยายขนาดและควบคุมได้ ซึ่งจะสามารถนำไปใช้งานในเชิงพาณิชย์ได้จริง

ข้อเสียของแนวทางนี้ หรือกล่าวได้ว่าเคยเป็นข้อเสีย เนื่องจากไม่นานมานี้ อนุภาคพิเศษที่ไมโครซอฟท์พยายามนำมาใช้ ซึ่งเรียกว่า “มาโจรานา” นั้น ไม่เคยมีใครเคยพบเห็นหรือสร้างขึ้นได้มาก่อน ไม่มีอยู่ตามธรรมชาติและสามารถสร้างขึ้นได้โดยอาศัยสนามแม่เหล็กและตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น ความยากลำบากในการพัฒนาวัสดุที่เหมาะสมเพื่อสร้างอนุภาคพิเศษเหล่านี้และสถานะของสสารในรูปแบบโทโพโลยี เป็นเหตุผลที่ทำให้ความพยายามด้านควอนตัมส่วนใหญ่ก่อนหน้านี้มุ่งเน้นไปที่คิวบิทประเภทอื่นแทน

บทความวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ได้รับการตรวจสอบจากผู้เชี่ยวชาญ และยืนยันว่า ไมโครซอฟท์ไม่เพียงแต่สามารถสร้างอนุภาคมาโจรานาได้เท่านั้น แต่ยังสามารถวัดข้อมูลควอนตัมจากมันได้อย่างแม่นยำโดยใช้ไมโครเวฟอีกด้วย

อนุภาคมาโจรานาสามารถปกปิดข้อมูลควอนตัมไว้ ทำให้มีความเสถียรมากขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็ทำให้วัดค่าได้ยากขึ้นด้วย อย่างไรก็ตาม วิธีการวัดใหม่ของทีมไมโครซอฟท์มีความแม่นยำที่สูงมาก ถึงขั้นสามารถตรวจจับความแตกต่างระหว่างอิเล็กตรอนหนึ่งพันล้านตัว กับหนึ่งพันล้านตัวบวกหนึ่ง ในเส้นลวดตัวนำยิ่งยวดได้ ซึ่งข้อมูลนี้เป็นสิ่งที่บอกคอมพิวเตอร์ว่าตอนนี้ คิวบิตอยู่ในสถานะใด และเป็นพื้นฐานของการคำนวณควอนตัม

วิธีการวัดนี้สามารถเปิดและปิดได้ด้วยพัลส์แรงดันไฟฟ้า เหมือนกับการเปิด-ปิดสวิตช์ไฟ แทนที่จะต้องปรับค่าปุ่มหมุนอย่างละเอียดสำหรับแต่ละคิวบิต วิธีการที่ง่ายขึ้นนี้ช่วยให้สามารถควบคุมด้วยระบบดิจิทัล ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของกระบวนการประมวลผลควอนตัม และลดความต้องการทางกายภาพในการสร้างเครื่องคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถขยายขนาดได้

นอกจากนี้ คิวบิตโทโพโลยีของไมโครซอฟท์มีข้อได้เปรียบด้านขนาด เมื่อเทียบกับคิวบิตประเภทอื่น ๆ แม้จะเป็นอุปกรณ์
ที่เล็กมาก แต่ก็มี "โซนที่เหมาะสม" (Goldilocks zone) ซึ่งหมายถึง ถ้าคิวบิตมีขนาดเล็กเกินไป ก็จะควบคุมได้ยาก แต่ถ้าขนาดใหญ่เกินไป ก็จะต้องใช้เครื่องจักรขนาดมหึมา ทรอยเออร์ กล่าวว่า “หากต้องเพิ่มเทคโนโลยีการควบคุมเฉพาะตัวสำหรับคิวบิตเหล่านี้ จะต้องสร้างเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเท่ากับโรงเก็บเครื่องบินหรือสนามฟุตบอล ซึ่งไม่สามารถทำได้จริง”

มาโจรานา 1 ซึ่งเป็นชิปควอนตัมของไมโครซอฟท์ ที่มีทั้งคิวบิตและอุปกรณ์ควบคุมในตัว สามารถถือได้ในมือ และติดตั้งในคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่พร้อมใช้งานในศูนย์ข้อมูล Azure

นายัค กล่าวว่า “การค้นพบสถานะใหม่ของสสารเป็นสิ่งหนึ่ง แต่อีกสิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือ การนำมันมาใช้ให้เกิดประโยชน์ เพื่อปรับแนวคิดและขยายขอบเขตของการประมวลผลควอนตัม”

 

การออกแบบวัสดุควอนตัมระดับอะตอมต่ออะตอม

สถาปัตยกรรมคิวบิตโทโพโลยีของไมโครซอฟท์ประกอบด้วยนาโนไวร์อะลูมิเนียมที่เชื่อมต่อกัน เพื่อสร้างรูปตัว H โดยแต่ละตัว H จะมีอนุภาคมาโจรานาควบคุมได้สี่ตัว ซึ่งรวมกันเป็นหนึ่งคิวบิต โครงสร้างเหล่านี้สามารถเชื่อมต่อกันและเรียงบนชิปได้เหมือนกระเบื้องโมเสก

"มันเป็นเรื่องที่ซับซ้อน เพราะเราต้องพิสูจน์สถานะของสสารแบบใหม่ให้ได้ก่อน แต่เมื่อเราพิสูจน์ได้แล้ว มันก็กลายเป็นเรื่องง่ายขึ้นมาก โครงสร้างนี้สามารถขยายออกไปได้ และมีสถาปัตยกรรมที่เรียบง่ายกว่ามาก ซึ่งช่วยให้เราสามารถขยายขนาดระบบได้เร็วขึ้น" คริสตา สวอร์ ผู้เชี่ยวชาญทางเทคนิคของไมโครซอฟท์กล่าว "ชิปควอนตัมไม่สามารถทำงานโดยลำพัง แต่ต้องทำงานร่วมกับอีโคซิสเต็มที่ประกอบด้วยระบบควบคุมเชิงตรรกะ ระบบทำความเย็นแบบไดลูชัน (dilution refrigerator) ที่รักษาอุณหภูมิของคิวบิตให้เย็นกว่าอวกาศ และชุดซอฟต์แวร์ที่สามารถทำงานร่วมกับ AI และคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมได้ ซึ่งองค์ประกอบทั้งหมดนี้ถูกพัฒนาหรือดัดแปลงขึ้นภายในบริษัทไมโครซอฟท์เองทั้งสิ้น"

“เพื่อให้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น การปรับปรุงกระบวนการเหล่านี้อย่างต่อเนื่อง และการทำให้องค์ประกอบทุกส่วนสามารถทำงานร่วมกันได้ในระดับที่สามารถขยายตัวอย่างรวดเร็ว ยังคงต้องใช้เวลาอีกหลายปีในการพัฒนาด้านวิศวกรรม แต่ความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่ยากลำบากหลายอย่างได้ถูกแก้ไขสำเร็จแล้ว” ไมโครซอฟท์กล่าว

สวอร์กล่าวเสริมว่า การพัฒนาโครงสร้างวัสดุที่เหมาะสมเพื่อสร้างสถานะสสารเชิงโทโพโลยีนั้นเป็นหนึ่งในความท้าทายที่ยากที่สุด แทนที่จะใช้ซิลิคอน ไมโครซอฟท์เลือกใช้อินเดียมอาร์เซไนด์ในการผลิตตัวนำโทโพโลยี ซึ่งเป็นวัสดุที่ปัจจุบันใช้ในอุปกรณ์ตรวจจับอินฟราเรดและมีคุณสมบัติพิเศษ วัสดุกึ่งตัวนำนี้ถูกผสานกับภาวะตัวนำยิ่งยวดภายใต้อุณหภูมิที่เย็นจัด เพื่อสร้างเป็นวัสดุลูกผสม

“เรากำลังพ่นอะตอมทีละตัวอย่างแม่นยำ วัสดุเหล่านี้ต้องเรียงตัวกันอย่างสมบูรณ์แบบ หากมีข้อบกพร่องในชั้นวัสดุมากเกินไป มันจะทำลายคิวบิตทันที เราจำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในการศึกษาวัสดุเหล่านี้ เพราะการทำความเข้าใจคุณสมบัติของมันเป็นเรื่องที่ยากอย่างไม่น่าเชื่อ เมื่อเรามีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีขนาดใหญ่เพียงพอ เราจะสามารถคาดการณ์วัสดุที่มีคุณสมบัติดียิ่งขึ้นสำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมรุ่นต่อไปที่มีศักยภาพสูงกว่าเดิม" สวอร์กล่าว
ทิ้งท้าย

 

Update : 20/02/2025

Microsoft ควอนตัมคอมพิวเตอร์ Majorana 1 Quantum Computer