- DARPA นำบริษัทสี่แห่งเข้าร่วมขั้นตอน C ของโครงการมาตรฐานวัดผลควอนตัม
- คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ควอนตัมบิต (qubits) สามารถจัดเก็บหลายค่าพร้อมกันได้ มีความได้เปรียบสูง
- QBI ประกอบด้วยสามขั้นตอน เป้าหมายคือสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด (fault-tolerant)
- ปัจจุบันบริษัทสี่แห่งใช้วิธีการคำนวณควอนตัมที่ต่างกันในการทดสอบ
สำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงแห่งกระทรวงกลาโหมสหรัฐอเมริกา (DARPA) ได้นำ Atom Computing, Diraq, IonQ และ IBM เข้าร่วมขั้นตอนการตรวจสอบ C ของโครงการมาตรฐานวัดผลควอนตัม (Quantum Benchmarking Initiative, ย่อ QBI) การเข้าสู่ขั้นตอน C หมายความว่าบริษัทเหล่านี้จะเริ่มทดสอบทางกายภาพสถาปัตยกรรมการคำนวณควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด (FTQC) โครงการนี้วางแผนเปิดตัวคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดอุตสาหกรรมในปี 2033 การคำนวณควอนตัมถูกมองว่าเป็นขอบเขตใหม่ของวงการคำนวณ ช่วยแก้ปัญหาการค้นพบยา การวิจัยวัสดุ และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ เป็นต้น
คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมใช้บิตไบนารีที่จัดเก็บค่าได้แค่ 0 และ 1 ในขณะที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ควอนตัมบิต (qubits) สามารถจัดเก็บหลายค่าระหว่าง 0 และ 1 พร้อมกันได้ แม้แต่การคำนวณแบบขนาน ซึ่งมีความได้เปรียบสูง แต่ก็นำมาสู่ความท้าทายใหม่: การสะสมของข้อผิดพลาดจำนวนมาก นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างควอนตัมบิตได้หลายวิธี แต่อัตราข้อผิดพลาดสูงยังคงเป็นอุปสรรคหลักที่จำกัดคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ QBI กำลังทดสอบว่าจะสามารถนำคอมพิวเตอร์เหล่านี้ออกสู่ตลาดในปี 2033 ได้หรือไม่
สามขั้นตอนของ QBI
QBI ประกอบด้วยสามขั้นตอน ทุกขั้นตอนเป็นหินมิลสำคัญสู่การพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด ขั้นตอนแรก A ประเมินแนวคิดการคำนวณควอนตัมขนาดสาธารณูปโภค เพื่อตัดสินใจว่าสามารถบรรลุได้ในอีกไม่นานหรือไม่ ผู้เข้าร่วมขั้นตอน B ส่งแผนวิจัยและพัฒนาซึ่งอธิบายความเสี่ยงของวิธีการที่ใช้และมาตรการแก้ไขที่วางแผนไว้ ในขั้นตอน C ผู้เข้าร่วมจะยืนยันและตรวจสอบสถาปัตยกรรม FTQC ผ่านการทดสอบทางกายภาพ การวัดระบบ และการตรวจสอบเชิงประจักษ์ ร่วมกับรัฐบาล ซึ่งไม่ใช่การแข่งขันเพื่อประเมินเทคโนโลยีควอนตัมที่ดีที่สุด และไม่ใช่ความพยายามร่วมมือระหว่างบริษัท
เป้าหมายหลักของโครงการคือระบุว่าวิธีการใดจะบรรลุขนาดสาธารณูปโภคในปี 2033 ซึ่งหมายถึงมูลค่าผลลัพธ์การคำนวณของระบบควอนตัมเกินกว่าค่าใช้จ่ายทุนและค่าใช้จ่ายดำเนินงาน
วิธีการของแต่ละบริษัทสี่แห่ง
ปัจจุบัน DARPA ได้เพิ่มบริษัทสี่แห่งเข้าสู่ขั้นตอน C โดย Microsoft และ PsiQuantum ได้เข้าร่วมเป็นส่วนหนึ่งของ "ระบบควอนตัมขนาดสาธารณูปโภคที่ยังไม่ได้สำรวจ" (Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing, ย่อ US2QC) ในโครงการทดลองที่มีเป้าหมายคล้ายกัน บริษัททุกแห่งที่อยู่ในขั้นตอน C ใช้วิธีการคำนวณควอนตัมที่ต่างกัน
Atom Computing ใช้อะตอมกลางเป็นควอนตัมบิต ระบบที่เสนอประกอบด้วยอะตอมกลางมากกว่า 1,200 ตัวที่ถูกจับด้วยแสง Diraq ใช้ควอนตัมบิตสปินซิลิคอน ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนเดี่ยวที่ถูกขังในกริดสแตติกขนาดเล็ก บริษัทกำลังขอรับรองการผลิตวีเฟอร์ 300 มิลลิเมตรที่โรงงานฟาวน์ดรี เป้าหมายคือวางควอนตัมบิตทางกายภาพมากกว่าสองล้านตัวบนวีเฟอร์เดียวก่อนปี 2031 IonQ ใช้ไอออนที่ถูกขังเป็นควอนตัมบิต เพิ่งเปิดตัว Superion 256 หน่วยประมวลผลควอนตัม (QPU) อุปกรณ์ที่ออกแบบให้วางในเซิร์ฟเวอร์รัก จะประเมินว่าความสะดวกในการผลิตตรงตามเป้าหมายสาธารณูปโภคหรือไม่
IBM ใช้วิธีการแบบฟูลสแต็ก (full-stack) ในการคำนวณควอนตัม ใช้ควอนตัมบิตทรานสมอน (transmon) เป็นฮาร์ดแวร์คำนวณควอนตัม พร้อมพัฒนาซอฟต์แวร์โอเพนซอร์สเพื่อควบคุมฮาร์ดแวร์และเข้าถึงผ่านคลาวด์
ประธานกรรมการผู้จัดการ QBI ไมคา สต๊าตติมอร์ (Micah Stoutimore) ระบุในข่าวประชาสัมพันธ์ว่า "สาขาการคำนวณควอนตัมกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว เราคาดหวังมากขึ้นว่าจะมีผู้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดสาธารณูปโภคก่อนปี 2033 เรายังไม่ทราบว่าทีมไหนหรือวิธีการทางเทคนิคไหนจะบรรลุเป้าหมายนี้ได้ ดังนั้น QBI จึงกำลังประเมินแต่ละเส้นทางตามจุด mạnhของแต่ละอย่าง และนำวิธีการใหม่ที่มีศักยภาพเข้ามาต่อเนื่อง"
อนาคตและความท้าทายของการคำนวณควอนตัม
การคำนวณควอนตัมถูกมองว่าเป็นกุญแจสำคัญของการคำนวณอนาคต สามารถแก้ปัญหายุ่งยากหลายประการ โครงการ QBI ของ DARPA ไม่เพียงแต่เป็นผู้ผลักดันพัฒนาซอฟต์แวร์ แต่ยังเป็นหินมิลสำคัญของการค้าส่งการคำนวณควอนตัม แม้ปัจจุบันเผชิญความท้าทายอัตราข้อผิดพลาดสูง บริษัทต่างๆ ทดสอบทางกายภาพด้วยเส้นทางเทคนิคที่ต่างกัน แสดงถึงความหลากหลายและความสามารถแข่งขันของอุตสาหกรรม ความพยายามเหล่านี้จะช่วยระบุวิธีการคำนวณควอนตัมที่มีประสิทธิภาพที่สุด และผลักดันให้บรรลุขนาดสาธารณูปโภคในอนาคต สุดท้ายจะส่งเสริมความก้าวหน้าและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี