- เปิดตัว Majorana 1 โปรเซสเซอร์ควอนตัมตัวแรกของโลกที่ขับเคลื่อนด้วย topological qubits
- Microsoft พัฒนา Majorana 1 โดยใช้วัสดุนวัตกรรมที่เรียกว่า topoconductor
- นี่คือจุดเปลี่ยนสำคัญสู่การก้าวไปยัง quantum computing ที่ใช้งานได้จริง
- หากคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะสร้างการเปลี่ยนแปลงต่อวิทยาศาสตร์และสังคมในวงกว้าง การขยายระบบขนาดใหญ่และความน่าเชื่อถือของ quantum error correction จึงเป็นสิ่งจำเป็น
- สิ่งที่ประกาศในวันนี้คือความก้าวหน้าหลักเพื่อทำให้สิ่งนั้นเกิดขึ้นได้เร็วขึ้น
- Majorana 1: QPU ตัวแรกของโลกที่มาพร้อม topological core และสามารถขยายได้ถึงหนึ่งล้านคิวบิตบนชิปเดียว
- A hardware-protected topological qubit:
- เปิดเผยผลการวิจัยผ่านบทความใน Nature และการประชุม Station Q
- จุดเด่นคือขนาดเล็ก ความเร็วสูง และการควบคุมบนพื้นฐานดิจิทัล
- โรดแมปอุปกรณ์สำหรับการประมวลผลควอนตัมที่เสถียร:
- เป็นเส้นทางที่เริ่มจากอุปกรณ์คิวบิตเดี่ยว แล้วขยายไปสู่ array ที่รองรับ quantum error correction ได้
- การสร้าง fault-tolerant prototype (FTP) ตัวแรกของโลก:
- มีเป้าหมายจะสร้างต้นแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ขยายขนาดได้ให้เสร็จภายในไม่กี่ปี ผ่านขั้นสุดท้ายของโครงการ DARPA US2QC
การใช้วัสดุชนิดใหม่
- Microsoft ได้พัฒนาวัสดุนวัตกรรมที่เรียกว่า topoconductor ขึ้นมา
- วัสดุนี้ผสาน indium arsenide (สารกึ่งตัวนำ) และ aluminum (ตัวนำยิ่งยวด) เพื่อสร้างสถานะ topological superconductivity
- เมื่อลดอุณหภูมิลงสู่ระดับเย็นจัดมากและปรับสนามแม่เหล็ก ก็สามารถสร้าง Majorana Zero Modes(MZMs) ที่ปลายของ nanowire ได้
- ใช้คุณสมบัติที่อิเล็กตรอนกระจายตัวในสภาพไม่จับคู่เพื่อเก็บข้อมูลควอนตัม
- เดิมการอ่านข้อมูลควอนตัมในโครงสร้างแบบนี้ทำได้ยาก แต่ได้แก้ปัญหาด้วย quantum dot
- ผ่าน quantum dot จะวัดการเปลี่ยนแปลงของประจุ และสังเกตการเปลี่ยนแปลงของค่าการสะท้อน เพื่อระบุสถานะเลขคู่/เลขคี่ (= parity) ของ nanowire
- ในการวัดช่วงแรกมีอัตราความผิดพลาดราว 1% และพบเส้นทางที่ชัดเจนในการลดค่าดังกล่าว
- แม้พลังงานจากภายนอก (เช่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) อาจทำให้คู่แตกตัวได้ แต่ยืนยันแล้วว่าเกิดขึ้นไม่บ่อย ระดับมิลลิวินาทีต่อครั้ง
- สุดท้ายแล้ว วัสดุชนิดพิเศษนี้จึงเหมาะต่อการปกป้องข้อมูลควอนตัม และยังได้สร้างวิธีวัดผลที่เสถียรสำหรับมันขึ้นมาแล้ว
พลิกโฉมการควบคุมควอนตัมด้วยความแม่นยำแบบดิจิทัล
- ใช้แนวทางการประมวลผลแบบอิงการวัด เพื่อลดการพึ่งพา analog control แบบเดิม
- วิธีเดิมต้องใช้สัญญาณที่ซับซ้อนและแม่นยำอย่างมากในการหมุนคิวบิตแต่ละตัว
- ในทางกลับกัน วิธีแบบอิงการวัดของ Microsoft ใช้เพียง digital pulses อย่างเรียบง่ายเพื่ออ่านสถานะควอนตัมและดำเนินการคำนวณ
- สิ่งนี้ช่วยให้กระบวนการ quantum error correction (QEC) ง่ายขึ้น และทำให้การจัดการคิวบิตจำนวนมากพร้อมกันทำได้สะดวกกว่ามาก
จากฟิสิกส์สู่วิศวกรรม
- Microsoft นำเสนอสถาปัตยกรรมที่ขยายขนาดได้ โดยมี tetron ซึ่งเป็นอุปกรณ์คิวบิตเดี่ยวเป็นพื้นฐาน
- tetron ประกอบด้วย topological wire สองเส้นที่วางขนานกัน และโครงสร้างตัวนำยิ่งยวดที่เชื่อมทั้งสองเข้าด้วยกัน
- ที่ปลายทั้งสองด้านของแต่ละเส้นลวดมี MZM อยู่ ทำให้ MZM สี่ตัวรวมกันเป็นหนึ่ง tetron
- ทีมวิจัยได้วัด parity ของ nanowire เดี่ยวภายใน tetron แล้ว และยังทำการทดลอง superposition โดยใช้ quantum dot อีกตัวด้วย
- ขั้นถัดไปคือจัดสร้าง array แบบ 4×2 tetron เพื่อทดสอบสภาพแวดล้อมแบบหลายคิวบิต และวางโรดแมปที่จะนำไปสู่ quantum error correction ในท้ายที่สุด
- คุณสมบัติการปกป้องโดยธรรมชาติของ topological qubit เมื่อรวมกับโค้ดแก้ไขข้อผิดพลาดที่ Microsoft ออกแบบเฉพาะ จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมากทั้งในด้านจำนวน physical qubits ที่ต้องใช้และสัญญาณนาฬิกาการทำงาน
แนวทางที่ DARPA ยอมรับ
- ในโครงการ Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing(US2QC) ของ DARPA นั้น Microsoft ได้เข้าสู่ขั้นสุดท้ายแล้ว
- นี่เป็นผลจากการที่แผนของ Microsoft ในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมบนพื้นฐาน topological qubit ถูกมองว่ามีความน่าเชื่อถือ
- ในขั้นสุดท้าย Microsoft วางแผนจะสร้าง fault-tolerant prototype(FTP) ให้เสร็จภายในไม่กี่ปี เพื่อเร่งการก้าวไปสู่ quantum computing ระดับใช้งานจริง
- เมื่อต้นแบบนี้เสร็จสมบูรณ์ มันจะเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญที่ทำให้สามารถแก้ปัญหาที่ยากเกินสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบเดิมด้วยแนวทางควอนตัมได้
การปลดล็อกศักยภาพของ quantum computing
- จาก โรดแมป quantum supercomputer ที่ Microsoft นำเสนอไว้เมื่อ 18 เดือนก่อน ตอนนี้ได้เดินทางมาถึงหมุดหมายที่สองแล้ว
- หมุดหมายแรกคือการพิสูจน์แนวคิดของ topological qubit
- หมุดหมายที่สองคือการทำให้ topological qubit ใช้งานได้จริงบนอุปกรณ์จริง
- ขณะนี้ได้วาง topological qubits แปดตัวไว้บนชิปเดียวแล้ว และระบบนี้มีศักยภาพจะขยายไปถึงหนึ่งล้านคิวบิต
- คอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่คาดว่าจะสามารถแก้ปัญหาที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบเดิมจัดการได้ยาก เช่น การออกแบบวัสดุใหม่หรือการจำลองโมเลกุล
- Microsoft จะเร่งการมาถึงของ quantum computing ที่ใช้งานได้จริงผ่านความร่วมมือกับ DARPA และมีแผนจะแชร์ความคืบหน้าต่อไป
2 ความคิดเห็น
ดูเหมือนว่าแทนที่จะใช้วิธีเดิมที่สังเกตปรากฏการณ์ควอนตัมที่จุดใดจุดหนึ่งในการอธิบายเชิงอุปมา เขาหันมาสังเกตปรากฏการณ์ควอนตัมตามเส้นเฉพาะเส้นหนึ่ง ทำให้ทนทานต่อข้อผิดพลาดมากขึ้น และมีหลายอย่างที่สะดวกขึ้น
ไม่ว่าอย่างไรก็ตาม มันคือการดึงปัญหาจากขอบเขตของ Science เข้ามาสู่ขอบเขตของ Engineering ดังนั้นจึงอาจคาดหวังการเพิ่มขึ้นของประสิทธิภาพแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลได้ เหมือนที่ Intel เคยดันประสิทธิภาพให้เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกปีในอดีต
แน่นอนว่าตอนนี้ยังไม่รู้ว่าเรากำลังอยู่ในยุค ENIAC ของคอมพิวเตอร์ควอนตัม หรืออยู่ในยุค Intel 386 กันแน่
ในบทความอื่นบอกว่ามันเป็นสถานะที่ 4 ที่ไม่ใช่ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ.... ส่วนผมที่ไม่ค่อยรู้อะไรเรื่องฟิสิกส์ ก็ได้แต่เข้าใจแบบผิวเผินไปอย่างนั้นแหละครับ 555