ไม่ธรรมดา...นักฟิสิกส์ไทยร่วมพิสูจน์พลังชิปคอมพิวเตอร์ควอนตัมของกูเกิล

นักฟิสิกส์ไทยร่วมตีพิมพ์ผลงานพิสูจน์พลัง “ชิปคอมพิวเตอร์ควอนตัม” ของกูเกิล โดยใช้จำลองสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงจนสามารถวัด “แถบพลังงานรูปผีเสื้อ” ปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่ถูกทำนายไว้ตั้งแต่ปี ค.ศ.1976 แต่ไม่เคยมีใครวัดได้มาก่อน

เมื่อวันที่ 1 ธ.ค.2017 ที่ผ่านมา “ไซน์” (Science) วารสารทางวิชาการได้ตีพิมพ์เผยแพร่ผลงานความร่วมมือระหว่างทีมนักวิจัยจากศูนย์วิจัยเทคโนโลยีควอนตัม (Centre for Quantum Technologies) ของมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ และทีมนักวิทยาศาสตร์ผู้สร้างชิปควอนตัมของกูเกิล (Google) เพื่อจำลองปรากฏการณ์อันซับซ้อนทางฟิสิกส์ ซึ่งหนึ่งในสมาชิกทีมจากศูนย์วิจัยเทคโนโลยีควอนตัมนั้นมีนักฟิสิกส์ไทยรวมอยู่ด้วย

จิรวัฒน์ ตั้งปณิธานนท์ ซึ่งขณะนี้กำลังศึกษาปริญญาเอกที่ศูนย์วิจัยเทคโนโลยีควอนตัมในสิงคโปร์ คือคนไทยที่ร่วมตีพิมพ์เผยแพร่ผลงานวิจัยดังกล่าว โดยเขาให้ได้ข้อมูลทางไกลแก่ทีมข่าวผู้จัดการวิทยาศาสตร์ว่า ขณะนี้คอมพิวเตอร์ควอนตัมกำลังเป็นที่สนใจจากทั่วโลก และคาดหวังว่าเมื่อพัฒนาได้อย่างสมบูรณ์แล้ว คอมพิวเตอร์ควอนตัมนี้จะสามารถคำนวนงานที่สำคัญหลายอย่างที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปทำไม่ได้

สำหรับงานวิจัยที่จิรวัฒน์มีส่วนร่วมในครั้งนี้ มีจุดเริ่มต้นย้อนไปเมื่อปลายปี ค.ศ.2015 ระหว่างการประชุมวิชาการที่แคลิฟอร์เนีย สหรัฐฯ เขาและอาจารย์ที่ปรึกษาคือ ผศ.ดร.ดิมิทริส แองเจลาคิส (Assoc.Prof.Dimitris Angelakis) จากศูนย์วิจัยเทคโนโลยีควอนตัมได้พูดคุยกับหนึ่งในทีมวิจัยของกูเกิล และได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับการใช้ชิปของกูเกิลในการจำลอง "แถบพลังงานรูปผีเสื้อ" (Hofstadter butterfly) ซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดปรากฏการณ์นี้ในวัสดุแบบปกติ และแนวคิดดังกล่าวได้ถูกนำไปใช้จริงในห้องปฏิบัติการของกูเกิล จนนำไปสู่การตีพิมพ์ผลงานวิชาการในครั้งนี้

“แถบพลังงานรูปผีเสื้อนี้เป็นคุณสมบัติของตัวนำไฟฟ้าภายใต้สนามแม่เหล็กที่อุณหภูมิศูนย์องศาสัมบูรณ์ ถูกทำนายไว้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1976 แต่ไม่มีใครสามารถวัดปรากฏการณ์นี้ได้โดยตรง เนื่องจากต้องใช้สนามแม่เหล็กที่มีความแรงสูงมาก ในการทำงานกับกูเกิลในครั้งนี้ เราได้ใช้ชิปของกูเกิลเป็นเครื่องจำลองเชิงควอนตัม โดยการจำลองสนามแม่เหล็กเทียมขึ้น จึงสามารถวัดแถบพลังงานรูปผีเสื้อได้อย่างเต็มๆ ตัวเป็นครั้งแรก งานนี้จึงเป็นก้าวสำคัญของการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม ที่แสดงให้เห็นศักยภาพของชิปตัวนำยิ่งยวดของกูเกิลที่มีในเวลานี้ครับ” จิรวัฒน์อธิบาย

คอมพิวเตอร์ควอนตัม (quantum computer) เป็นคอมพิวเตอร์แบบใหม่ที่ทำงานโดยอาศัยฟิสิกส์ควอนตัม ซึ่งมีระบบการทำงานที่แตกต่างจากคอมพิวเตอร์ที่ใช้อยู่ทุกวันนี้อย่างสิ้นเชิง โดยเป็นที่คาดการณ์ว่า คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะสามารถคำนวนงานบางอย่างที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปไม่สามารถคำนวนได้ ซึ่งจะทำให้เกิดการพัฒนาอย่างก้าวกระโดดในหลากหลายวิชา เช่น ปัญญาประดิษฐ์ การออกวัสดุ การผลิตยา การทำความเข้าใจปฏิกิริยาเคมี ฯลฯ

ในปัจจุบันบริษัทกูเกิลหนึ่งในบริษัทแนวหน้าในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยได้ออกแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยใช้วงจรไฟฟ้าตัวนำยวดยิ่ง (superconducting circuits) ซึ่งเป็นวงจรไฟฟ้าที่ทำงานใกล้ศูนย์องศาสมบูรณ์ หรือประมาณ -273.15 องศาเซลเซียส แต่การพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมอย่างสมบูรณ์นั้น จิรวัฒน์ระบุว่ายังต้องอาศัยการพัฒนาเชิงเทคนิคอีกมาก ตอนนี้จึงมีสิ่งที่เรียกว่า "เครื่องจำลองเชิงควอนตัม" (quantum simulator) ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถทำงานได้เฉพาะอย่าง สามารถสร้างได้ง่ายกว่า และสามารถช่วยให้นักฟิสิกส์เข้าใจคุณสมบัติของวัสดุต่างๆ ได้ดีขึ้น

“ตัวชิปควอนตัมคำนวนงานคำนวนได้หลายอย่าง แต่เนื่องจากตอนนี้ชิปควอนตัมยังมีขนาดเล็ก เลยยังไม่สามารถคำนวนงานที่มีประโยชน์ได้ครับ คำว่ามีประโยชน์ในทีนี้หมายถึงว่า “เอาชนะคอมพิวเตอร์แบบปกติได้" เช่น ถ้าเราใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมคูณเลข 5x3=15 อันนี้เราถือว่าไม่มีประโยชน์ครับ เรากดในเครื่องคิดเลขก็ได้ แต่ในปีสองปีที่จะถึงนี้จะมีความสนใจมากครับ โดยขณะนี้มีการพัฒนาชิปตัวใหม่ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น และจะแสดงให้เห็นว่า สามารถใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในการคำนวนงานบางอย่างที่คอมพิวเตอร์ปัจจุบันยังคำนวนไม่ได้”

จิรวัฒน์แจกแจงแก่ทีมข่าวผู้จัดการวิทยาศาสตร์ว่า ปัจจุบันยังไม่มีใครพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เอาชนะคอมพิวเตอร์ธรรมดาได้ แต่คาดว่าอีก 1-2 ปีจะทำได้ และตอนนี้สามารถใช้ชิปควอนตัมเป็น “เครื่องจำลองเชิงควอนตัม” หรือคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำงานได้เฉพาะอย่าง เพื่อวัดปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถวัดได้ในวัสดุปกติ

สำหรับจิรวัฒน์นั้นเคยเป็นอดีตนักเรียนฟิสิกส์โอลิมปิก ซึ่งได้เหรียญเงินจากการแข่งขันเมื่อปี 2009 ณ เมืองเมอริดา ประเทศเม็กซิโก และเป็นนักเรียนทุนในโครงการ พสวท.ของสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) จบการศึกษาฟิสิกส์ระดับปริญญาโทจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ในอังกฤษ และกำลังศึกษาระดับปริญญาเอกทางด้านทฤษฎีเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ณ ศูนย์วิจัยเทคโนโลยีควอนตัม มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์

ในส่วนการศึกษาเทคโนโลยีควอนตัมของไทยนั้น ศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์ ประเทศไทยเพิ่งจัดการประชุมสัมมนาในหัวข้อ “Quantum Technology and Quantum Computing” เป็นครั้งที่ 2 เพื่อเป็นเวทีให้นักวิจัยและผู้ประกอบการ แลกเปลี่ยนข้อมูล ความรู้ และประสบการณ์ทางด้านเทคโนโลยีควอนตัมและการคำนวณเชิงควอนตัม ณ ภาควิชาฟิสิกส์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เมื่อ 7 ต.ค.ที่ผ่านมา




กูเกิลได้ออกแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยใช้วงจรไฟฟ้าตัวนำยวดยิ่ง (superconducting circuits) ซึ่งเป็นวงจรไฟฟ้าที่ทำงานใกล้ศูนย์องศาสมบูรณ์ หรือประมาณ -273.15 องศาเซลเซียส (Google /UCSB)