นักฟิสิกส์พบวิธีกำหนดบิตในคอมพิวเตอร์ระดับควอนตัมแล้ว

 

นักฟิสิกส์ที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ สหรัฐอเมริกา (NIST) ได้ค้นพบก้าวกระโดดสำคัญในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ระดับควอนตัม คือวิธีการาจัดการบิตแต่ละบิตในโปรเซสเซอร์ระดับควอนตัมนี้ โดยไม่มีการรบกวนข้อมูลที่จัดเก็บอยู่บริเวณใกล้ๆเลย

 

หลักการของวิธีนี้คือใช้แสงโพลาไรซ์สร้างสนามแม่เหล็กยังผลขึ้นมา คาดว่าหลักการจะทำให้นักฟิสิกส์เข้าใกล้คอมพิวเตอร์ที่ใฝ่ฝันมานานอีกด้วย

 

สิ่งที่กำลังท้าทายนักฟิสิกส์ในการสร้างคอมพิวเตอร์ระดับควอนตัมนี้คือ ทำอย่างไรจึงจะสามารถควบคุมตัวส่งข้อมูลได้ กล่าวคือ จะควบคุมสวิตช์ในโปรเซสเซอร์ระดับควอนตัมได้อย่างไรโดยที่ไม่รบกวนข้อมูลส่วนที่อยู่ข้างเคียงเลย

 

บิตระดับควอนตัม หรือที่เรียกว่า “คิวบิต” นี้จะต้องมีคุณสมบัติเหมือนกับบิตทั่วๆไป คือมีทั้ง “เปิด” และ “ปิด” ได้ 2 สถานะ และหากรู้วิธีการแก้ปัญหานี้แล้ว จะทำให้เกิดคอมพิวเตอร์ที่สามารถประมวลผลระดับที่ซับซ้อนและใช้เวลานานได้หลายอย่าง

 

ทางเลือกหนึ่งในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ระดับควอนตัมนี้คือการใช้อะตอมของรูบิเดียมหนึ่งอะตอมในการสร้างเป็นคิวบิต เพาะแต่ละอะตอมของรูบิเดียมมีชั้นพลังงานที่แตกต่างกันถึง 8 ชั้น ฉะนั้น เป้าหมายของการออกแบบนี้คือการเลือกชั้นพลังงาน 2 ชั้นที่จะมาแทนสถานะ “เปิด” กับ “ปิด” นี้ ถ้าจะให้ดี ชั้นพลังงานทั้งสองนี้จะต้องไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก เพราะสนามแม่เหล็กจะสามารถทำลายความสามารถในการกำหนดสถานะการ “เปิด” และ “ปิด” ได้ อย่างไรก็ตาม การเลือกชั้นพลังงานที่ไม่ไวต่อสนามแม่เหล็กดังกล่าวนั้น กลับทำให้คิวบิตนั้นยิ่งไม่ไวต่อการสนามแม่เหล็กที่ตั้งใจจะให้กำหนดเป็นสถาน “เปิด” กับ “ปิด” ในตอนแรก

 

“ยิ่งสร้างคิวบิตให้ไวต่อการควมคุมมาก ก็ยิ่งควบคุมให้มันทำงานตามที่เราต้องการได้ยาก” นาธาน ลันด์บลัด นักฟิสิกส์ของ NIST กล่าว

 

นักฟิสิกส์ของ NIST จึงพยายามแก้ไขปัญหาจากการใช้สนามแม่เหล็กควบคุมอะตอมแต่ละตัวนี้ และได้เลือกชั้นพลังงานภายใน”อะตอมเดียวกัน”มา 2 คู่ แต่ละคู่คือชั้นที่เหมาะสมที่สุดในการทำงานที่แตกต่างกัน คือ คู่หนึ่งใช้สำหรับเป็น”หน่วยความจำ”(memory) ของคิวบิตเพื่อจัดเก็บข้อมูล ขณะที่อีกคู่หนึ่ง มีไว้เพื่อเป็น”หน่วยทำงาน” เพื่อให้คิวบิตนั้นสามารถถูกใช้ในการคำนวณได้ ซึ่งชั้นพลังงานแต่ละคู่นี้ไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กด้วยกันทั้งคู่ ขณะที่การเปลี่ยนแปลงความจำเและสถานะทำงานมีความไวสูง ทำให้ง่ายต่อการควบคุม เมื่วคิวบิตหน่วยควบจำนี้ต้องการคำนวณ สนามแม่เหล็กก็สามารถตอบสนองความต้องการได้ จึงไม่ต้องรบกวนคิวบิตที่เป็นหน่วยความจำที่อยู่ข้างๆเลย

 

ทีมวิจัยของ NIST ไได้สาธิตวิธีการนี้ด้วยการนำอะตอมที่จับคู่กันมาเรียงเป็นแถว จากนั้นก็ใช้เทคนิคดังกล่าวกำหนดสถานะของแต่ละคู่ ลันด์บลัดกล่าวว่าการจับคู่อะตอมนี้จะช่วยให้พวกเขาคลายปัญหาที่มีมาแต่ก่อนได้ คือ แทนที่จะเลือก 1 คิวบิตจากหลายๆคิวบิต ก็กลายมาเป็นการเลือก 1 คิวบิตจาก 2 คิวบิตเท่านั้น ทำให้การสร้างสนามไฟฟ้ายังผลของแต่ละคิวบิตเกิดขึ้นไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าแบบที่เคยทำมา แต่ใช้วิธีส่องแสงโพลาไรซ์แทน

 

เทคนิคการใช้แสงโพลาไรซ์ที่ทีมวิจัยของ NIST ได้พัฒนาขึ้นมานี้ยังสามารถนำไปต่อยอดเพื่อการเลือกคิวบิตใดคิวบิตหนึ่งจากกลุ่มใหญ่ๆได้ ซึ่งเป็นประโยชน์ในการกำหนดสถานะขอแต่ละคิวบิตในโปรเซสเซอร์ระดับคอวตัมโดยไม่มีผลกระทบต่อส่วนที่อยู่ใกล้ๆได้

 

“ถ้าเคยสร้างคอมพิวเตอร์ระดับควอนตัมแล้วก็จะร้ดีว่ามีปํญหานี้เกิดขึ้น และเราก็คิดว่าเราค้นพบวิธีการแก้ปัญหาแล้ว” ลันด์บลัดกล่าว แต่ก็ยังเสริมอีกด้วยว่า สิ่งที่ท้าทายนักวิจัยในระยะยาวก็ยังคงมีอยู่ คือการรวมส่วนประกอบย่อยๆให้กลายเป็นระบบเดียวที่ประกอบไปด้วยหลายๆคิวบิตได้อย่างไร

 

แปลจาก : http://www.sciencedaily.com/releases/2009/07/090707111753.htm