รู้จักภาพรวมของเทคโนโลยี Quantum Computing จากการสัมภาษณ์พิเศษ ดร.ทามิยะ โอโนเดระ แห่งศูนย์วิจัยไอบีเอ็ม กรุงโตเกียว

ทีมงาน TechTalkThai มีโอกาสได้สัมภาษณ์กับดร.ทามิยะ โอโนเดระ รองผู้อำนวยการและหัวหน้า IBM Q ศูนย์วิจัยไอบีเอ็ม กรุงโตเกียว โดยการส่งคำถามต่างๆ ให้ทางดร.ทามิยะช่วยตอบเกี่ยวกับประเด็นต่างๆ ทางด้าน Quantum Computing โดยมีทางทีมงาน IBM Thailand ช่วยประสานงานให้ คำตอบของดร.ทามิยะถือว่าน่าสนใจไม่น้อยทีเดียว จึงขอนำเนื้อหามาแบ่งปันให้ผู้อ่านทุกท่านได้อ่านกันดังนี้ครับ

 

 

ช่วยอธิบายความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับควอนตัมคอมพิวติ้ง

[ดร.ทามิยะ] ธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงโมเลกุลต่างๆ อย่างคาเฟอีน ล้วนแต่เป็นไปตามกฎแห่งกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาว่าโลกทางกายภาพทำงานอย่างไรในระดับพื้นฐานที่สุด ที่ระดับดังกล่าวอนุภาคจะมีลักษณะการทำงานที่ค่อนข้างแปลก โดยมีมากกว่าหนึ่งสภาวะในเวลาเดียวกัน และมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่นๆ ที่อยู่ไกลออกไปมาก โดยควอนตัมคอมพิวติ้งได้นำปรากฏการณ์ควอนตัมเหล่านี้มาใช้เพื่อให้สามารถประมวลผลข้อมูลรูปแบบใหม่ได้อย่างมีศักยภาพมากขึ้น

คอมพิวเตอร์ที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้คือคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก ที่ถือเป็นแรงขับเคลื่อนของโลกเรามาหลายสิบปี ตั้งแต่ด้านการดูแลสุขภาพไปจนถึงด้านการค้าขาย แต่ถึงกระนั้นก็ยังมีปัญหาบางอย่างที่คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกไม่มีวันแก้ไขได้ ลองนึกถึงโมเลกุลของคาเฟอีนในกาแฟหนึ่งแก้ว ไม่เชื่อก็ต้องเชื่อว่าเรื่องแค่นี้ซับซ้อนถึงขนาดที่ไม่มีคอมพิวเตอร์เครื่องไหนหรือไม่ว่าจะสร้างคอมพิวเตอร์ขึ้นมาใหม่อย่างไรก็ยังไม่สามารถจำลองโมเดลคาเฟอีนและทำความเข้าใจโครงสร้างอันละเอียดตลอดจนคุณสมบัติของคาเฟอีนได้อย่างสมบูรณ์ ความท้าทายประเภทนี้ล่ะคือสิ่งที่ควอนตันมีศักยภาพที่จะจัดการได้

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นเทคโนโลยีที่ทรงพลังอย่างเหลือเชื่อ สร้างขึ้นด้วยหลักการกลศาสตร์ควอนตัม โดยอาศัยกฎธรรมชาติที่ซับซ้อนและน่าอัศจรรย์ เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นตลอดเวลาแต่เรามักไม่ค่อยสังเกตเห็น การนำหลักพฤติกรรมธรรมชาติมาใช้ทำให้ควอนตัมคอมพิวติ้งสามารถรันอัลกอริธึมประเภทใหม่ๆ เพื่อประมวลผลข้อมูลได้อย่างครอบคลุมมากขึ้น วันหนึ่งเทคโนโลยีควอนตัมอาจนำไปสู่การค้นพบที่ปฏิวัติวงการในด้านวัสดุและการคิดค้นยา การเพิ่มประสิทธิภาพระบบอันซับซ้อนที่สร้างโดยมนุษย์ รวมถึงปัญญาประดิษฐ์

IBM Q ถือเป็นครั้งแรกของการริเริ่มสร้างระบบประมวลผลแบบควอนตัมที่ครอบคลุม และเปิดให้ใช้งานในด้านธุรกิจและวิทยาศาสตร์ในเชิงพาณิชย์ได้ นอกเหนือจากระบบขนาด 5 คิวบิตและ 16 คิวบิตที่มีให้ใช้ฟรีใน IBM Q Experience แล้ว IBM ยังมีโปรเซสเซอร์ควอนตัมขนาด 20 คิวบิตสำหรับกลุ่มธุรกิจ ซึ่งถือเป็นแกนหลักของระบบ IBM Q เชิงพาณิชย์รุ่นแรกๆ ที่เปิดให้ลูกค้าใช้อีกด้วย ในระบบรุ่นถัดไปยังจะมีการพัฒนาต้นแบบขนาด 50 คิวบิตสำหรับกลุ่มลูกค้าธุรกิจด้วย โดย IBM คาดหวังว่าระบบความร่วมมือเหล่านี้จะช่วยเปิดประตูสู่การค้นพบใหม่ๆ ต่อไป

 

 

เราจะนำควอนตัมคอมพิวติ้งไปใช้ในการประมวลผลข้อมูลได้อย่างไร

[ดร.ทามิยะ] ระบบควอนตัมอาจสามารถไขปัญหาความซับซ้อนของโมเลกุลและปฏิกิริยาทางเคมี ซึ่งอาจนำไปสู่การค้นพบตัวยาและวัสดุใหม่ๆ อีกทั้งยังอาจช่วยให้ระบบโลจิสติกส์และซัพพลายเชนมีประสิทธิภาพสูงขึ้น เช่น การเพิ่มประสิทธิภาพให้กับการทำงานของกลุ่มยานพาหนะเพื่อการขนส่ง เป็นต้น ระบบควอนตัมอาจช่วยให้เราค้นพบวิธีการใหม่ในการจำลองรูปแบบข้อมูลทางการเงินและแยกปัจจัยความเสี่ยงที่สำคัญทั่วโลกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการลงทุน อีกทั้งยังอาจช่วยให้คุณประโยชน์ของปัญญาประดิษฐ์ เช่น แมชชีนเลิร์นนิ่ง มีประสิทธิภาพสูงขึ้น

 

ประเภทของหน่วยประมวลผลควอนตัม และแต่ละหมวดหมู่มีข้อดี/ข้อเสียอย่างไร

[ดร.ทามิยะ] คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกเข้ารหัสข้อมูลเป็นบิต แต่ละบิตอาจมีค่าเป็น 1 หรือ 0 โดยค่า 1 และ 0 เหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด/ปิดที่ขับเคลื่อนการทำงานของคอมพิวเตอร์ ในทางกลับกัน คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะใช้คิวบิตซึ่งทำงานตามหลักสำคัญสองอย่างของควอนตัมฟิสิกส์ ซึ่งได้แก่ Superposition (การซ้อนทับ) และ Entanglement (การพัวพัน) Superposition หมายความว่าแต่ละคิวบิตอาจเป็นได้ทั้ง 1 และ 0 พร้อมกัน ขณะที่ Entanglement หมายความว่าคิวบิตใน Superposition สามารถมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน กล่าวคือสถานะของค่าหนึ่ง (ไม่ว่าจะเป็น 1 หรือ 0) อาจขึ้นอยู่กับสถานะของอีกค่าหนึ่ง จากการใช้หลักสองประการนี้เอง ทำให้คิวบิตสามารถทำหน้าที่สลับตำแหน่งได้ซับซ้อนมากขึ้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงมีคุณลักษณะที่เอื้อให้สามารถแก้ไขปัญหาที่ยากลำบากซึ่งยากจะจัดการได้โดยใช้คอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน

ไอบีเอ็มกำลังสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบ universal ที่ทนทานต่อความผิดพลาด คอมพิวเตอร์นี้จะใช้คิวบิตแบบ superconducting ในการใช้งานเพื่อสร้างประโยชน์ที่เหนือว่าการใช้เฉพาะคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกอย่างทุกวันนี้

 

ควอนตัมคอมพิวติ้งในปัจจุบันมีข้อจำกัดอย่างไร

[ดร.ทามิยะ] คอมพิวเตอร์ควอนตัมทั่วไปในปัจจุบันมีเพียงไม่กี่บิต ไม่ทนทานต่อความผิดพลาด และมีเวลาในการ coherence ที่สั้น (เวลาสำหรับการทำงานคำนวณแบบควอนตัม) แต่ตอนนี้มีงานวิจัยสำคัญที่กำลังศึกษาระบบต้นแบบเหล่านี้เพื่อหาคำตอบว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใหญ่ขึ้น เสถียรขึ้น และทรงพลังมากขึ้นจะทำอะไรได้บ้างในอนาคต

โปรเซสเซอร์เชิงพาณิชย์ขนาด 20 คิวบิตของ IBM Q มีเวลา coherence มากกว่าโปรเซสเซอร์รายอื่นๆ ในวงการ โดยมีค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 100 ไมโครวินาที และมีการทำงานควอนตัมที่เชื่อถือได้สูง นอกจากนี้ ไอบีเอ็มยังประสบความสำเร็จในการสร้างและวัดประสิทธิภาพการทำงานของโปรเซสเซอร์ต้นแบบ 50 คิวบิตโดยใช้เกณฑ์วัดที่ใกล้เคียงกัน ลูกค้า IBM Q Network ของไอบีเอ็มจะสามารถใช้โปรเซสเซอร์ใหม่นี้ในระบบ IBM Q รุ่นต่อไป

 

การนำควอนตัมคอมพิวติ้งมาใช้งานในวงการไอที ธุรกิจ ฯลฯ

[ดร.ทามิยะ] ในอีกห้าปีข้างหน้า ศักยภาพของควอนตัมคอมพิวติ้งจะไม่ได้จำกัดอยู่แค่ในห้องปฏิบัติการวิจัยอีกต่อไป นักพัฒนาและผู้ที่ทำงานในสาขาอาชีพใหม่ๆ จะใช้เทคโนโลยีคอมพิวติ้งแบบใหม่นี้ไปแก้ปัญหาที่ครั้งหนึ่งเคยเป็นปัญหาที่แก้ไม่ได้

วงการเคมีและงานด้านการเพิ่มประสิทธิภาพต่างๆ จะเป็นกลุ่มแรกๆ ที่นำนวัตกรรมนี้ไปใช้ และก็ยังมีโอกาสเปิดกว้างที่น่าตื่นเต้นสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับควอนตัมและปัญญาประดิษฐ์ ระบบ IBM Q รวมถึงผู้ที่กำลังทำงานร่วมกันใน IBM Q Network ตอนนี้ จะช่วยให้เราความสามารถทดสอบแนวคิดเกี่ยวกับควอนตัมและปัญญาประดิษฐ์ได้บนระบบจริง อีกทั้งยังมีทีมด้านทฤษฎีและอัลกอริธึมที่ดีที่สุดที่จะคอยช่วยสำรวจและแก้ปัญหาต่างๆ อีกด้วย

IBM Q Network ประกอบด้วยสมาชิกระดับโลก รวมไปถึงพันธมิตรและฮับต่างๆ ซึ่งมีทั้งบริษัทในกลุ่มบริษัท Fortune 500 สถาบันการศึกษาและวิจัย และธุรกิจสตาร์ทอัพต่างๆ เรากำลังพยายามช่วยให้ทุกฝ่าย “พร้อมสำหรับควอนตัม” เพื่อให้สามารถใช้ควอนตัมคอมพิวติ้งในทุกๆ ด้านตั้งแต่การศึกษาไปจนถึงการพัฒนาแอพพลิเคชันในธุรกิจและอุตสาหกรรม

ปัจจุบันพันธมิตรของ IBM Q Network ประกอบด้วย JPMC, Daimler, Samsung, JSR และมหาวิทยาลัย Minho ในโปรตุเกส ส่วนสมาชิกของเราประกอบด้วย Honda, Nagase, Barclays, Hitachi Metals และธุรกิจสตาร์ทอัพอีก 8 แห่ง ได้แก่ Zapata Computing, Strangeworks, QxBranch, Quantum Benchmark, QC Ware, Q-CTRL, Cambridge Quantum Computing (CQC) และ 1Qbit

ฮับ IBM Q ตั้งอยู่ที่ Oak Ridge National Lab ที่สหรัฐอเมริกา มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด มหาวิทยาลัยเมลเบิร์น มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ธแคโรไลนา มหาวิทยาลัยบันเดสเวอร์-มิวนิก และมหาวิทยาลัยเคโอะที่ญี่ปุ่นซึ่งเป็นฮับแรกในเอเชีย เมื่อเดือนพฤษภาคม 2018 เคโอะได้ประกาศเปิดตัวสมาชิกใหม่สี่รายในฮับนี้ ได้แก่ JSR, มิตซูบิชิ ยูเอฟเจ ไฟแนนเชียล กรุ๊ป, มิซูโฮ ไฟแนนเชียล กรุ๊ป และมิตซูบิชิ เคมิคอล

 

 

ถ้าอยากเป็นนักวิทยาศาสตร์ควอนตัมคอมพิวติ้ง จะต้องเริ่มต้นอย่างไร

[ดร.ทามิยะ] IBM Q Experience เปิดโอกาสให้ทุกคนสามารถเชื่อมต่อกับโปรเซสเซอร์ควอนตัมของไอบีเอ็มผ่าน IBM Cloud โดยไม่มีค่าใช้จ่าย เพื่อรันอัลกอริธึมและการทดลองต่างๆ และร่วมกันสำรวจว่าควอนตัมคอมพิวติ้งมีศักยภาพที่จะทำอะไรได้บ้าง ทุกคนสามารถเข้าไปศึกษาคู่มือผู้ใช้เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักการของควอนตัม หรือจะเริ่มต้นด้วยการสร้างและรันอัลกอริธึมบนฮาร์ดแวร์ควอนตัมคอมพิวติ้งของจริงเลยก็ได้ โดยใช้ Quantum Composer และ Qiskit ซึ่งเป็นชุดเครื่องมือสำหรับนักพัฒนาซอฟต์แวร์

ปัจจุบัน มีผู้ใช้กว่า 90,000 คนแล้วที่ทำการทดลองบน IBM Q Experience รวมแล้วเป็นจำนวนกว่า 5 ล้านรายการ และมีการเผยแพร่งานวิจัยกว่า 100 ฉบับจากการวิจัยพัฒนานี้

 

IBM มีโครงการส่งเสริมการศึกษาเกี่ยวกับควอนตัมคอมพิวติ้งอย่างไร

[ดร.ทามิยะ] ปัจจุบันมีมหาวิทยาลัย 1,500 แห่งที่บรรจุ IBM Q Experience เข้าไปในหลักสูตร นอกจากนี้ยังมี MOOC (หลักสูตรออนไลน์ที่เปิดสำหรับสาธารณะ) หลายแห่งใช้ IBM Q Experience รวมถึงหลักสูตร Quantum Computing ของ MIT

ภายในห้าปี ควอนตัมจะเป็นสิ่งที่พบได้ทั่วไปในชั้นเรียนมหาวิทยาลัย ตั้งแต่หลักสูตรวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ไปจนถึงชั้นเรียนเคมีและธุรกิจ นักศึกษาจะเริ่มคุ้นเคยกับเทคโนโลยีนี้และเข้าสู่เส้นทางการทำงานที่มีรากฐานมาจากควอนตัมคอมพิวติ้ง ควอนตัมคอมพิวติ้งจะมีกลายเป็นส่วนหนึ่งของหลายหลักสูตร และการเรียนรู้เรื่องนี้จะกลายสิ่งจำเป็นก่อนเข้าเรียนหลักสูตรด้านวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ทั่วโลก

นอกจากนี้ ไอบีเอ็มยังได้พัฒนาแอพที่อธิบายเกี่ยวกับควอนตัมคอมพิวติ้งด้วยการใช้คำถามปริศนาอีกด้วย แอพนี้ชื่อว่า Hello Quantum ซึ่งมีให้ดาวน์โหลดได้สำหรับทั้ง iOS และ Android

ทั้งนี้ หากมหาวิทยาลัยของไทยสนใจนำ IBM Q Experience เข้าไปบรรจุในหลักสูตร สามารถติดต่อมาได้ที่ http://fb.me/IBMThailand

 

สุดท้ายนี้ทางทีมงาน TechTalkThai ก็ต้องขอขอบคุณทาง IBM Thailand ที่ให้โอกาสและช่วยประสานงานในครั้งนี้ด้วยนะครับ