ชิปควอนตัม Willow ของ Google สาธิตความได้เปรียบเชิงควอนตัมแบบตรวจสอบยืนยันได้บนฮาร์ดแวร์

 (blog.google)
5 คะแนน โดย GN⁺ 2025-10-23 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp
  • “ก้าวสำคัญสู่การประยุกต์ใช้ควอนตัมคอมพิวติงจริง อัลกอริทึม ‘Quantum Echoes’ ของ Google”
  • อัลกอริทึม Quantum Echoes ทำงานบน ชิปควอนตัม Willow ของ Google และถูกประกาศว่าเป็นกรณีแรกของโลกที่ทำให้เกิด ความได้เปรียบเชิงควอนตัมแบบตรวจสอบยืนยันได้ (Verifiable)
  • อัลกอริทึมนี้สามารถ คำนวณโครงสร้างโมเลกุล และจำลองระบบในธรรมชาติได้ พร้อมแสดง ประสิทธิภาพเร็วกว่า ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ความเร็วสูงแบบเดิม 13,000 เท่า
  • Quantum Echoes ใช้ วิธีวัดโดยย้อนกลับ ‘เอคโค’ ของสัญญาณควอนตัม เพื่อขยายการรบกวนระดับละเอียด ทำให้คำนวณได้อย่างแม่นยำสูงมาก
  • ในการทดลองที่ร่วมมือกับ UC Berkeley สามารถ ทำนายโครงสร้างเชิงเรขาคณิตของโมเลกุลได้อย่างแม่นยำ และยังตรวจจับข้อมูลระยะห่างระหว่างโมเลกุลที่วิธี NMR แบบเดิมไม่สามารถรู้ได้
  • ความสำเร็จครั้งนี้ถูกประเมินว่าเป็น จุดเปลี่ยนสำคัญ ที่ควอนตัมคอมพิวติงกำลังก้าวเข้าสู่ภาคอุตสาหกรรมจริง เช่น การพัฒนายา วิทยาศาสตร์วัสดุ และการวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชัน

การมาของอัลกอริทึม Quantum Echoes และความสำคัญ

  • Google พิสูจน์ผ่านงานวิจัยครั้งนี้ว่า คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถเหนือกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ความเร็วสูง และยังตรวจสอบผลลัพธ์ได้
    • นี่ไม่ได้หมายถึงเพียง “ความเป็นเลิศทางควอนตัม (Quantum Supremacy)” แต่หมายถึง การคำนวณแบบ ‘ตรวจสอบยืนยันได้’ ที่ให้ผลลัพธ์เดิมซ้ำได้ผ่านการทดลองซ้ำ
  • อัลกอริทึม OTOC (Out-of-Time-Order Correlator) ที่ทำงานบนชิป Willow ใช้วิธีส่งสัญญาณไปข้างหน้า รบกวนหนึ่งคิวบิต แล้วจึงย้อนกลับอีกครั้งเพื่อวัด ‘เอคโค’
    • ด้วยผลของ การแทรกสอดควอนตัม (constructive interference) สัญญาณจึงถูกขยาย ทำให้ตรวจจับความเปลี่ยนแปลงเล็กมากได้
  • ชิป Willow ใช้อาร์เรย์ 105 คิวบิต และทำให้การวัดที่แม่นยำนี้เกิดขึ้นได้ด้วย อัตราความผิดพลาดต่ำและความเร็วในการประมวลผลสูง

ชิป Willow และรากฐานทางเทคนิค

  • Willow คือชิปควอนตัมรุ่นล่าสุดที่ Google เปิดตัวในปี 2024 เป็นแพลตฟอร์มที่ยกระดับ เทคโนโลยีการกดข้อผิดพลาด อย่างมาก จนแก้ปัญหาที่ยากค้างคามาราว 30 ปีได้
  • ในเบนช์มาร์ก Random Circuit Sampling ก่อนหน้านี้ Willow ได้พิสูจน์ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมด้วยการ เพิ่มความซับซ้อนของสถานะควอนตัมให้สูงสุด
  • Quantum Echoes ไม่ใช่เพียงการทดลองด้านความซับซ้อน แต่เป็น การคำนวณรูปแบบใหม่ที่จำลองการทดลองทางกายภาพ ซึ่งเป็นการทดสอบที่ท้าทายเพราะต้องตรวจสอบทั้งความแม่นยำและความซับซ้อน

การคำนวณโครงสร้างโมเลกุลและการตรวจสอบเชิงทดลอง

  • Google และ UC Berkeley ร่วมกันทำการทดลอง คำนวณเรขาคณิตของโมเลกุลบนพื้นฐานควอนตัม
    • ใช้อัลกอริทึม Quantum Echoes กับโมเลกุลสองชนิดที่ประกอบด้วยอะตอม 15 และ 28 อะตอม
    • ผลลัพธ์สอดคล้องกับผลของ NMR (นิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์) แบบเดิม และยังได้ข้อมูลระยะห่างระหว่างโมเลกุลใหม่ที่เทคนิคเดิมสังเกตไม่ได้
  • สิ่งนี้พิสูจน์ถึงความเป็นไปได้ที่ Quantum Echoes จะกลายเป็น เครื่องมือใหม่สำหรับวัดโครงสร้างเหมือน ‘ไม้บรรทัดโมเลกุล’
    • โดยเฉพาะอย่างยิ่งมี ศักยภาพสูงในการนำไปใช้วิเคราะห์วัสดุใหม่ เช่น โครงสร้างการจับกันของยา วัสดุแบตเตอรี่ และพอลิเมอร์

ความก้าวหน้าสู่การใช้งานจริง

  • ผลงานครั้งนี้ถูกมองว่าเป็น สัญญาณแรกที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถเข้าใกล้การแก้ปัญหาอุตสาหกรรมจริง ในด้านยา ชีววิทยาศาสตร์ และการวิจัยวัสดุ
  • Quantum Echoes เป็น กรณีพิสูจน์เชิงประจักษ์ที่แสดงว่าเครื่องจักรควอนตัมสามารถจำลองปฏิสัมพันธ์ในธรรมชาติได้อย่างแม่นยำ
    • ตัวอย่าง: การวิเคราะห์โครงสร้างที่ผู้สมัครยาไปจับกับโปรตีน หรือการระบุการจัดเรียงโมเลกุลของวัสดุนำไฟฟ้าแบบใหม่
  • ปัจจุบัน Google กำลังมุ่งสู่ ‘Milestone 3’ หรือการสร้าง ลอจิคัลคิวบิต (logical qubit) ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน
    • นี่คือขั้นตอนสำคัญที่จะนำไปสู่การพัฒนา คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีการแก้ไขข้อผิดพลาดอย่างสมบูรณ์ ในอนาคต

แนวโน้มในอนาคต

  • Quantum Echoes ถูกบันทึกว่าเป็นงานวิจัยแรกที่พิสูจน์องค์ประกอบทั้งสามของการคำนวณควอนตัมพร้อมกัน คือ ความแม่นยำ ความทำซ้ำได้ และการนำไปใช้จริง
  • ผ่านงานวิจัยครั้งนี้ Google ได้นำเสนอแนวคิด “quantum-scope” ซึ่งชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของ เครื่องมือใหม่สำหรับสำรวจปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เคยสังเกตไม่ได้
  • ความก้าวหน้านี้ถูกมองว่าเป็น จุดเปลี่ยนที่บ่งชี้ว่าเทคโนโลยีควอนตัมได้ก้าวพ้นระยะห้องทดลอง และเข้าสู่ระยะการประยุกต์ใช้เชิงอุตสาหกรรม

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2025-10-23
ความเห็นจาก Hacker News
  • ถ้าฉันถือ Bitcoin อยู่ ฉันคงกังวลมากพอสมควรเกี่ยวกับความก้าวหน้าของคอมพิวเตอร์ควอนตัมหลังจากดูบรรยายที่ DEFCON(https://www.youtube.com/watch?v=OkVYJx1iLNs)
    • วิธีเข้ารหัสกุญแจสาธารณะบางแบบเปราะบางต่ออัลกอริทึมควอนตัม แต่ส่วนแกนหลักของบล็อกเชน Bitcoin ไม่ได้รับผลกระทบโดยตรง แม้แต่การถอดกุญแจส่วนตัวหนึ่งอันด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมก็ยังต้องใช้เวลาตั้งแต่หลายวันถึงหลายสัปดาห์ จึงน่าจะมีสัญญาณเตือนล่วงหน้ามากพอ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่ากังวลกว่าคือความปลอดภัยของข้อความเข้ารหัสแบบ end-to-end อย่าง WhatsApp และ Signal เพราะข้อความที่ถูกดักเก็บไว้ระหว่างทางอาจถูกถอดรหัสได้ในอนาคต จึงควรเปลี่ยนไปใช้การเข้ารหัสที่แข็งแกร่งกว่านี้อย่างรวดเร็ว ช่วงหลัง Signal มีความคืบหน้าสำคัญในเรื่องนี้ (https://arstechnica.com/security/2025/10/why-signals-post-quantum-makeover-is-an-amazing-engineering-achievement/) (https://arxiv.org/pdf/2505.15917)
    • ภัยคุกคามจากควอนตัมคอมพิวติ้งเป็นปัญหาที่คนรับรู้กันอย่างกว้างขวางอยู่แล้ว ยังมีเวลาเพียงพอในการแก้ไข และมีงานป้องกันเสริมกำลังดำเนินอยู่ทั่วโลก ถ้าคุณกังวลเรื่องการโจมตีการเข้ารหัสด้วยควอนตัม สถานการณ์ที่เสี่ยงไม่ใช่แค่คริปโต แต่จะรวมถึงธนาคาร บัญชีนายหน้า อีเมล ข้อความ และบริการดิจิทัลแทบทั้งหมด
    • ทุกครั้งที่ฉันพูดว่าควอนตัมคอมพิวติ้งจะเป็นภัยต่อความปลอดภัยของคริปโต ก็จะเจอแรงต้านเยอะมากเสมอ เป็นช่วงเวลาที่ทำให้รู้เลยว่ามี HODLer อยู่มากแค่ไหน ท้ายที่สุด การลงทุนในคริปโตก็คือการเดิมพันในระดับหนึ่งว่าควอนตัมคอมพิวติ้งจะเกิดขึ้นได้จริง
  • คำว่า “verifiable” หมายถึงแค่ว่า “รันสองรอบแล้วได้ผลลัพธ์เหมือนกันก็พอ” หรือเปล่า? ความตรวจสอบได้ของควอนตัมหมายถึงสามารถสร้างคำตอบเดิมซ้ำๆ เพื่อสร้างความเชื่อถือได้บนคอมพิวเตอร์ควอนตัมเครื่องนั้นหรือเครื่องควอนตัมระดับเดียวกัน
    • เท่าที่ฉันเข้าใจ 'ความตรวจสอบได้' หมายถึงต้องสามารถพิสูจน์ในทางทฤษฎีได้แม้กับคนที่สงสัยและใช้แต่คอมพิวเตอร์คลาสสิก ว่าอุปกรณ์ควอนตัมทำงานถูกต้องจริง นี่คือส่วนที่ต้องการหลักฐานเข้มงวดแบบ Mahadev(https://arxiv.org/abs/1804.01082) หรือ Aaronson(https://arxiv.org/abs/2209.06930) การทดลอง RCS ก่อนหน้านี้ขาดความสามารถนี้ ดังนั้นถ้าเป็น 'ความได้เปรียบควอนตัมที่ตรวจสอบได้' ก็น่าจะเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่ แต่ในตัวงานวิจัยกลับแทบไม่ได้พูดถึงเรื่องนี้เลย ต่างจากข่าวประชาสัมพันธ์ มันดูเหมือนแค่เสนอ “ทิศทางที่มีความเป็นไปได้” มากกว่าจะพิสูจน์ความได้เปรียบได้จริง
    • ในตัวงานวิจัยไม่มีตรงไหนที่อธิบายแนวคิดเรื่อง 'verifiability' อย่างชัดเจน เท่าที่ฉันเข้าใจ การทดลองความได้เปรียบควอนตัมก่อนหน้านี้เป็นปัญหาการสุ่มตัวอย่างจากการกระจายความน่าจะเป็นที่ซับซ้อน ซึ่งตรวจสอบได้ยากว่าเครื่องทำถูกหรือไม่ แต่การทดลองครั้งนี้ให้ค่าที่วัดได้ออกมาเป็นตัวเลขชัดเจน (เช่น เปรียบเทียบตรงๆ กับระบบทดลองอื่นหรือคอมพิวเตอร์ได้) จึงสามารถเทียบค่าที่วัดได้เองได้ เพียงแต่ในการทดลองก่อนหน้า ค่าคาดหมายของตัวอย่างเกือบทั้งหมดใกล้ 0 มากจนสังเกตจริงได้ยาก อนึ่ง การตีความนี้เป็นการคาดเดาของฉันเองเพราะไม่มีคำอธิบายอย่างเป็นทางการ
    • มันหมายถึงก้าวข้ามระดับ “เครื่องของฉันรันได้” ไปสู่การที่อัลกอริทึมทำงานได้อย่างสม่ำเสมอบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมหลายเครื่อง
    • แก่นของการทดลองครั้งนี้คือเป็นตัวอย่างแรกที่ ‘ความเป็นใหญ่กว่าของควอนตัม(quantum supremacy)’ ถูกตรวจสอบยืนยันได้ ในเนื้อหามีประโยคว่า “เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมรันอัลกอริทึมที่ตรวจสอบได้สำเร็จซึ่งเหนือกว่าความสามารถของซูเปอร์คอมพิวเตอร์”
    • มันหมายถึงทำซ้ำจำนวน N รอบ ไม่ใช่แค่รัน 2 รอบ
  • พอเห็นคำอย่าง "เร็วกว่า supercomputer ที่เร็วที่สุดถึง 13,000 เท่า", "ความตรวจสอบได้ของควอนตัมคือการที่ผลลัพธ์เดียวกันออกมาอย่างสม่ำเสมอบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมของเราหรือระดับเดียวกัน", และ "ผลลัพธ์สอดคล้องกับ NMR แต่ยังเผยข้อมูลเพิ่มเติมที่ NMR บอกไม่ได้" ก็รู้สึกว่าในที่สุดก็น่าจะพิสูจน์ความได้เปรียบควอนตัมจริงๆ ได้แล้ว
    • ถ้าไล่อ่านงานวิจัยแบบเร็วๆ สิ่งที่เรียกว่า "ข้อมูลที่ปกติ NMR บอกไม่ได้" หมายถึงการคำนวณ Jacobian และ Hessian ของ Hamiltonian กล่าวคือ ถ้ารันการทดลองควอนตัม ก็สามารถจำลอง dynamics ของระบบได้โดยตรง Jacobian และ Hessian คือเมทริกซ์อนุพันธ์อันดับหนึ่งและสองของพารามิเตอร์ทั้งหมด
  • อยากฟังความเห็นของผู้เชี่ยวชาญด้านการคำนวณแบบคลาสสิกต่อผลลัพธ์และข้ออ้างครั้งนี้ ก่อนหน้านี้ก็เคยมีการประกาศความได้เปรียบควอนตัม แล้วทีมอื่นก็ตามมาด้วยอัลกอริทึมคลาสสิกที่ปรับแต่งดีขึ้นจนให้ผลลัพธ์ดีกว่า
  • ขอแชร์ข้อมูลงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง
    งานแนวคิด: Quantum Computation of Molecular Structure Using Data from Challenging-To-Classically-Simulate Nuclear Magnetic Resonance Experiments(https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.3.030345).
    การตรวจสอบผลลัพธ์บนคอมพิวเตอร์ควอนตัมเครื่องอื่น (ยังไม่เกิดขึ้น): Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
  • สงสัยว่าผลลัพธ์ครั้งนี้ยังคงเป็นปัญหา RCS อยู่หรือเป็นปัญหาคล้ายกัน เพราะเท่าที่ฉันรู้ สิ่งที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำได้ตอนนี้สุดท้ายก็วนกลับมาที่การ ‘จำลองคอมพิวเตอร์ควอนตัมเอง’
    • การทดลอง random circuit sampling(RCS) ที่ดังมากก่อนหน้านี้กับครั้งนี้ต่างกันพอสมควร ผลลัพธ์ของ RCS เป็น bitstring สุ่มที่ไม่เข้ารหัสและเปลี่ยนไปทุกครั้งที่รัน เพราะมีความสุ่มจึงไม่มีความทำซ้ำได้ และจริงๆ ก็แทบไม่มีเนื้อหาที่น่าสนใจนัก (ประเด็นคือมีแต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ) แต่การทดลองครั้งนี้ให้ผลลัพธ์เดิมทุกครั้งที่รัน และใช้วงจรที่มีโครงสร้างจึงควบคุมได้ง่ายกว่ามาก แถมยังเชื่อมโยงกับ molecular spectroscopy ทำให้แม้สเกลยังเล็ก แต่ก็เริ่มเห็นเค้าลางของการนำไปใช้จริงที่มีความหมายในอนาคต (มีประโยชน์กว่าการสร้าง bitstring สุ่ม)
    • การทดลองครั้งนี้ไม่ใช่ปัญหา RCS หรือเรื่องทฤษฎีจำนวน เนื้อหาที่ประกาศเป็นอัลกอริทึมชื่อ “Quantum Echoes” หลังตั้งค่าการทดลองแล้ว จะไปรบกวน qbit หนึ่งตัวและสังเกต ‘echo’ ของมันทั่วทั้งระบบ จากนั้นใช้สิ่งนี้ทำซ้ำการทดลองแบบคลาสสิกในสาขาที่เดิมทำด้วย NMR และยังได้ข้อมูลที่วิธีเดิมได้มายากอีกด้วย
  • ครั้งนี้ดูเหมือนเป็นการคำนวณที่มีประโยชน์จริง เลยสงสัยว่าต่างจากผลก่อนหน้านี้หรือไม่
    • ในโลกความเป็นจริง มันก็ยังไร้ประโยชน์โดยสิ้นเชิงอยู่ดี และยังเรียกว่าเป็นสิ่งที่ตรวจสอบได้จริงไม่ได้ด้วย
  • เท่าที่ฉันรู้ ชิปควอนตัมยังรันได้แค่อัลกอริทึมบางส่วนเพราะข้อจำกัดด้านจำนวนเกตที่ทำได้ เลยสงสัยว่าชิปควอนตัมเป็นคอมพิวเตอร์เอนกประสงค์(Universal Computer)จริงหรือไม่
  • คำประกาศทำนองว่า “ได้สาธิตอัลกอริทึมที่บรรลุความได้เปรียบควอนตัมแบบตรวจสอบได้เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์บนฮาร์ดแวร์” รู้สึกเหมือนเคยเห็นจาก Google และที่อื่นๆ มาแล้วหลายรอบ
    • รอบนี้แก่นอยู่ที่คำว่า "ตรวจสอบได้" กล่าวคือ เป็นการสร้างผลลัพธ์ที่ทำซ้ำได้และสม่ำเสมอด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม ในงานคำนวณที่ถ้าทำแบบคลาสสิกจะใช้เวลานานเกินไป ตรงกันข้ามกับกรณีอย่าง RCS ที่ผลลัพธ์เปลี่ยนทุกครั้งจนตรวจสอบไม่ได้
    • ถ้ามันจริง ก็นับว่าเป็นผลที่ออกมาตามที่คาด ความได้เปรียบควอนตัมเองก็เป็นสเปกตรัม ตั้งแต่ ‘การเปรียบเทียบกับคำตอบแบบคลาสสิกที่เราได้มาจากการทุ่มทรัพยากรและเทคนิคอย่างเต็มที่’ ไปจนถึง ‘ผลลัพธ์ที่มีประโยชน์และตรวจสอบได้อย่างเป็นทางการ’
    • ต่อให้เฉพาะ Google เอง นี่ก็นับเป็นครั้งที่สามแล้ว
    • รอบนี้ถูกประกาศพร้อมกับงานใน Nature จึงอาจมองว่ามีน้ำหนักต่างจากครั้งก่อนๆ(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
  • ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญด้านควอนตัม แต่รู้สึกว่าข่าวแบบนี้ออกมาต่อเนื่องเกิน 10 ปีแล้วโดยยังไม่มีผลลัพธ์ที่ใช้งานได้จริง
    • เป็นข่าวที่ดีมากสำหรับการหาเงินทุนวิจัยด้านฟิสิกส์ อย่างน้อยต่อให้ไม่มีประโยชน์ก็ยังดีกว่าเอาเงินไปใช้กับการเมืองหรือค่าใช้จ่ายด้านการสอดส่อง
    • ฉันก็ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ เลยอยากให้มีคนมาอธิบายเพิ่มเติม เท่าที่ฉันเข้าใจ ทุกอย่างยังอยู่แค่ช่วงเริ่มต้น การพิสูจน์ให้ได้ว่าอัลกอริทึมควอนตัม “เป็นไปได้” ก็มีความหมายมากแล้ว (และดูเหมือนนี่จะเป็นสิ่งที่บทความนี้อ้าง) ถ้าพิสูจน์ได้แล้ว ขั้นต่อไปคือต้องมี qubit มากขึ้น มีคู่พัวพันมากขึ้น และมีอัตราความผิดพลาดต่ำลง ถึงจะนำไปใช้กับปัญหาในโลกจริงได้ คำประกาศแบบนี้ส่วนใหญ่มีแนวโน้มว่าจะเป็นความจริง แต่จริงในขอบเขตที่ “เล็กมาก” เช่น ประกาศว่า "พัฒนาอัลกอริทึมแยกตัวประกอบที่เร็วกว่าเดิม 10,000 เท่า!" แต่ความจริงแยกได้แค่ถึง 103 เท่านั้น
    • เมื่อบริษัทขับเคลื่อนด้วยกำไร สิ่งที่ตามมาคือโฆษณาเกินจริงเพื่อเอาใจนักลงทุนและผู้ถือหุ้น มากกว่าจะเป็นชื่อเสียงทางวิทยาศาสตร์หรือการวิจัยต่อยอด คำกล่าวเชิงปลุกเร้าแบบนี้มุ่งไปที่ผู้ถือหุ้นที่สนใจแค่รายได้ในอนาคตและไม่มีความสามารถพอจะประเมินเนื้อหาจริง นี่เป็นผลตามธรรมชาติเมื่อฝากวิทยาศาสตร์ไว้กับบริษัท