อัลกอริทึม Quantum Echoes ของ Google ทำงานอย่างไร

ข่าวสารดิจิทัล » แหล่งข้อมูล » วิธีการทำงานของอัลกอริทึม Quantum Echoes ของ Google

การคำนวณ ควอนตัม ได้ก้าวข้ามขอบเขตของทฤษฎีไปแล้วและกำลังมีอิทธิพลต่อการอภิปรายในด้านการแพทย์ วัสดุขั้นสูง และความปลอดภัยทางไซเบอร์ กูเกิลใช้เวลาหลายปีในการพยายามแสดงให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมของตนไม่ใช่แค่ต้นแบบที่ดึงดูดสายตา แต่เป็นเครื่องมือที่มีการใช้งานจริงในโลกแห่งความเป็นจริง ด้วยอัลกอริทึม Quantum Echoes และชิป Willow บริษัทอ้างว่าได้บรรลุเป้าหมายสำคัญประการหนึ่งที่อาจเปลี่ยนแปลงความเร็วของการแข่งขันทางเทคโนโลยีนี้ได้

อัลกอริทึมใหม่นี้ ซึ่งเป็นตัวเชื่อมโยงลำดับเวลา (time-outorder correlator)ที่ออกแบบมาเพื่อศึกษาการแพร่กระจายของข้อมูลควอนตัมในระบบที่ซับซ้อน ไม่เพียงแต่มีความเร็วอย่างเหลือเชื่อเท่านั้น—ตามข้อมูลที่เผยแพร่ มันทำงานได้เร็วกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกที่ดีที่สุดถึงประมาณ 13.000 เท่าสำหรับงานที่เทียบเท่ากัน—แต่สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือ มันเป็นอัลกอริทึมที่ตรวจสอบได้ หมายความว่าผลลัพธ์ของมันสามารถทำซ้ำและตรวจสอบได้บนอุปกรณ์ควอนตัมอื่นๆ ที่คล้ายกัน ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญหากเราต้องการให้เทคโนโลยีนี้ก้าวไปไกลกว่าห้องปฏิบัติการ

Quantum Echoes คืออะไรกันแน่ และทำไมทุกคนถึงพูดถึงมัน?

Quantum Echoes เป็นอัลกอริธึมควอนตัมแบบ OTOC (Out-of-Time-Order Correlator)หน้าที่หลักของมันคือการวัดว่าสถานะของคิวบิตเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรหลังจากที่ระบบควอนตัมถูกกระทำด้วยชุดการดำเนินการต่างๆ แล้ว "ย้อนกลับ" วิวัฒนาการของมัน ในทางปฏิบัติ มันทำหน้าที่เหมือนเทอร์โมมิเตอร์ของความโกลาหลควอนตัม: มันวิเคราะห์ว่าข้อมูลกระจายตัวอย่างไรภายในชุดของคิวบิตโดยการวัดปริมาณต่างๆ เช่น การทำให้เป็นแม่เหล็ก ความหนาแน่น กระแส และความเร็ว

สิ่งที่ Google เสนอคือการใช้อัลกอริธึมนี้ในลักษณะของควอนตัมเอคโคที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถันขั้นแรก ชิป Willow จะรับสัญญาณควอนตัมที่ซับซ้อนซึ่งทำให้ระบบเปลี่ยนแปลง จากนั้นจะมีการรบกวนเล็กน้อยเกิดขึ้นในคิวบิตเฉพาะ และต่อมาจะดำเนินการตามลำดับย้อนกลับเพื่อพยายามย้อนกลับกระบวนการนั้น ในตอนท้ายของกระบวนการทั้งหมด ระบบจะส่ง "เอคโค" ควอนตัมของสถานะเริ่มต้นกลับมา ซึ่งด้วยการแทรกแซงแบบเสริมกัน จะถูกขยายและเปิดเผยข้อมูลที่แม่นยำมากเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างทาง

ในเชิงทฤษฎี ตัวเชื่อมโยงข้อมูลแบบไม่เรียงลำดับเวลาเหล่านี้ใช้ในการศึกษาว่าข้อมูลผสมผสานและแพร่กระจายอย่างไรในระบบที่ซับซ้อนอย่างยิ่งเช่น แบบจำลองที่อธิบายหลุมดำหรือวัสดุควอนตัมแปลกใหม่ ความแปลกใหม่ในที่นี้คือ เป็นครั้งแรกที่ได้มีการนำทฤษฎีมาประยุกต์ใช้ในห้องปฏิบัติการด้วยการทดลองที่สามารถทำซ้ำและตรวจสอบได้ และยังชี้ให้เห็นถึงการประยุกต์ใช้ทางฟิสิกส์ที่เฉพาะเจาะจงมากอีกด้วย

Google ได้นำเสนอผลลัพธ์เหล่านี้ในเอกสารสองฉบับที่เสริมกัน: ฉบับหนึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Natureโดยเน้นที่การสาธิตอัลกอริทึมและข้อได้เปรียบเชิงควอนตัมที่ตรวจสอบได้ และอีกฉบับหนึ่งเผยแพร่ในคลังข้อมูล arXiv ซึ่งมุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ในด้านเคมีและสเปกโทรสโกปี ในบรรดาผู้เขียนบทความใน Nature นั้นมี Michel Devoret ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2025 และบุคคลสำคัญในการพัฒนาคิวบิตตัวนำยิ่งยวดรวมอยู่ด้วย

ตามที่วิศวกรของบริษัทระบุ โปรแกรม Quantum Echoes ทำงานได้เร็วกว่า บนชิป Willow ถึง13.000 เท่า เมื่อเทียบกับ อัลกอริทึมแบบคลาสสิกที่ ดีที่สุด ที่ทำงานบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก ในทางปฏิบัติ สิ่งที่เครื่องจักรแบบคลาสสิกต้องใช้เวลาหลายพันหรือหลายล้านล้านปีในการแก้ปัญหา Willow สามารถทำได้ภายในไม่กี่นาที ซึ่งก้าวข้ามขีดจำกัดของสิ่งที่ถือว่าเป็นข้อได้เปรียบที่แท้จริงของควอนตัม

พื้นฐานของการคำนวณควอนตัมเพื่อทำความเข้าใจอัลกอริทึม

เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานของ Quantum Echoes อย่างชัดเจน จำเป็นต้องจำไว้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่ได้ทำงานด้วยบิตแบบคลาสสิกแต่ทำงานด้วยคิวบิต ในขณะที่บิตสามารถเป็นได้แค่ 0 หรือ 1 เท่านั้น คิวบิตสามารถอยู่ในสถานะซ้อนทับของทั้งสองสถานะได้พร้อมกัน ซึ่งทำให้ชุดของคิวบิตสามารถแทนค่าผสมของศูนย์และหนึ่งได้จำนวนมหาศาลพร้อมกัน

คิวบิตถูกสร้างขึ้นโดยการจัดการระบบทางกายภาพ เช่นโฟตอน อิเล็กตรอน ไอออนที่ถูกดักจับ อะตอม หรือวงจรตัวนำยิ่งยวดกูเกิล เช่นเดียวกับบริษัทอื่นๆ กำลังลงทุนในคิวบิตตัวนำยิ่งยวด ซึ่งเป็นผลสืบเนื่องโดยตรงจากการทดลองในวงจรควอนตัมระดับมหภาคที่ริเริ่มโดยเดอโวเรต์และนักวิจัยคนอื่นๆ ในช่วงทศวรรษ 1980 คิวบิตเหล่านี้สามารถเกิดการพัวพันกันได้ กล่าวคือ มีสถานะควอนตัมร่วมกัน และก่อตัวเป็นโครงสร้างรวมที่ความน่าจะเป็นรวมกันเหมือนคลื่น

ในบริบทนี้ อัลกอริทึมควอนตัมก็คือลำดับของเกตตรรกะที่ใช้กับเครือข่ายของคิวบิตที่ซ้อนทับและพันกันเมื่อวงจรเปลี่ยนแปลงไป แอมพลิจูดของความน่าจะเป็นจะเสริมหรือหักล้างกันผ่านการแทรกสอด เคล็ดลับอยู่ที่การออกแบบอัลกอริทึมเพื่อให้ในท้ายที่สุดแล้ว คำตอบที่ถูกต้องจะถูกขยายและกลายเป็นคำตอบที่มีความน่าจะเป็นสูงสุดเมื่อทำการวัดระบบ

การแทรกแซงแบบเสริมกัน ซึ่งเป็นหนึ่งในแง่มุมสำคัญของควอนตัมเอคโค่ เกิดขึ้นเมื่อคลื่นควอนตัมเรียงตัวในเฟสเดียวกันและเสริมกันแทนที่จะหักล้างกัน หากวงจรได้รับการออกแบบมาอย่างดี ผลกระทบนี้จะทำให้ "เสียงสะท้อน" สุดท้ายของอัลกอริทึมโดดเด่นชัดเจนจากสัญญาณรบกวนพื้นหลัง ทำให้สามารถอ่านข้อมูลได้อย่างละเอียดอ่อนว่าข้อมูลแพร่กระจายผ่านระบบอย่างไร แม้ว่ากระบวนการระหว่างกลางจะมีความวุ่นวายมากก็ตาม

ทั้งหมดนี้ฟังดูทรงพลังมาก แต่ก็มาพร้อมกับปัญหาสำคัญเช่นกัน นั่นคือความเปราะบางของระบบควอนตัมต่อสัญญาณรบกวนการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในอุณหภูมิ การสั่นสะเทือน รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า หรือการรบกวนจากภายนอก สามารถทำให้เกิดข้อผิดพลาดในคิวบิต ทำลายความสอดคล้องของระบบ และทำให้การคำนวณล้มเหลว นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการควบคุมข้อผิดพลาดควอนตัมและการลดการเสื่อมสภาพของความสอดคล้องจึงเป็นสองความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของภาคส่วนนี้

วิธีการทำงานของ Quantum Echoes ทีละขั้นตอนบนชิป Willow

Willow คือชิปควอนตัมตัวนำยิ่งยวด รุ่นล่าสุดของ Google และเป็นฮาร์ดแวร์ที่เกม Quantum Echoes ทำงานอยู่ โปรเซสเซอร์นี้ได้รับความสนใจอย่างมากจากการทำแบบทดสอบประสิทธิภาพการสุ่มตัวอย่างวงจรแบบสุ่มเสร็จสิ้นภายในเวลาไม่ถึงห้านาที ซึ่งเป็นงานที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกไม่สามารถทำได้สำเร็จในระยะเวลาหลายสิบล้านล้านปี และด้วยเกม Quantum Echoes นี้ Willow จึงกลับมามีบทบาทสำคัญอีกครั้ง

โครงสร้างพื้นฐานของอัลกอริธึมนี้สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการทดลอง "ย้อนเวลา" ทางควอนตัม แม้ว่าจะไม่มีการส่งข้อมูลใดๆ กลับไปยังอดีตก็ตามสิ่งที่ทำคือการใช้ลำดับการดำเนินการกับระบบ แนะนำการรบกวนเล็กน้อยไปยังคิวบิตเฉพาะ และจากนั้นดำเนินการลำดับเดียวกันนั้นในทางกลับกันด้วยความแม่นยำสูง หากทุกอย่างได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียด ระบบจะกลับคืนสู่สถานะเดิมใกล้เคียง และปล่อยสัญญาณสะท้อนแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริกที่มีข้อมูลมากมาย

โดยสรุปอย่างง่ายที่สุด กระบวนการนี้ประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก: ขั้นแรก เตรียมสถานะเริ่มต้นที่ควบคุมได้ดี ในชุดของคิวบิต จากนั้น ปล่อยให้สถานะนั้นวิวัฒนาการผ่านลำดับของเกตควอนตัมที่ทำให้สถานะนั้นซับซ้อนและอลหม่านอย่างมาก สุดท้าย ดำเนินการย้อนเวลาของวงจร โดยมีการเปลี่ยนแปลงคิวบิตในระหว่างกระบวนการ และสังเกตผลกระทบของการรบกวนนั้นต่อสัญญาณสะท้อนสุดท้าย

ข้อดีของระบบนี้คือ สัญญาณสะท้อนที่วัดได้ในตอนท้ายไม่ใช่การสะท้อนที่อ่อนแอ แต่เป็นสัญญาณที่ขยายใหญ่ขึ้นด้วยการแทรกสอดแบบเสริมกัน ด้วยเหตุนี้ เทคนิคนี้จึงมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในพลวัตภายในของระบบอย่างมาก Google ได้ใช้ประโยชน์จากความไวนี้เพื่อลดอัตราความผิดพลาดที่มีประสิทธิภาพของชิปลงอย่างมาก ทำให้ได้ผลลัพธ์ที่ต่ำกว่าเกณฑ์ที่การแก้ไขข้อผิดพลาดขนาดใหญ่จะทำได้จริง

ในการทดลองบางส่วนที่กล่าวถึง เครื่องควอนตัมสามารถแก้ปัญหาได้ในเวลาเพียงสองชั่วโมงกว่าๆ ในขณะที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Frontier ซึ่งเป็นหนึ่งในเครื่องที่ทรงพลังที่สุดในโลก จะต้องใช้เวลาประมวลผลอย่างต่อเนื่องประมาณ 3,2 ปีเพื่อรันโค้ดแบบคลาสสิกที่เทียบเท่ากัน ช่องว่างประสิทธิภาพที่มหาศาลนี้ ประกอบกับข้อเท็จจริงที่ว่าผลลัพธ์สามารถทำซ้ำได้บน Willow หรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่มีคุณภาพใกล้เคียงกัน เป็นพื้นฐานของสิ่งที่เรียกว่า "ข้อได้เปรียบของควอนตัมที่ตรวจสอบได้"

ยิ่งไปกว่านั้น โปรโตคอลที่ Google ใช้ไม่ใช่เพียงแค่การฝึกฝนความเหนือกว่าทางควอนตัมโดยปราศจากการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติแตกต่างจากการทดลองก่อนหน้านี้ที่มุ่งเน้นไปที่ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่สร้างขึ้นมาซึ่งยากต่อการนำไปใช้ในโลกแห่งความเป็นจริง ในที่นี้อัลกอริทึมถูกนำมาใช้เพื่อจำลองกระบวนการทางกายภาพที่เฉพาะเจาะจงมาก นั่นคือ โครงสร้างและพลวัตของโมเลกุลจริง ซึ่งศึกษาโดยใช้การเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์เช่นกัน

ข้อได้เปรียบเชิงควอนตัมที่ตรวจสอบได้: เหตุใดความก้าวหน้าครั้งนี้จึงแตกต่าง

จนถึงปัจจุบัน การประกาศเรื่อง “ความเหนือกว่าของควอนตัม” หลายครั้งถูกวิพากษ์วิจารณ์ เนื่องจากไม่ชัดเจนว่าจะตรวจสอบผลลัพธ์ได้อย่างอิสระอย่างไรหรือปัญหาที่แก้ไขได้นั้นมีประโยชน์ในทางปฏิบัติอย่างไร ตัวอย่างเช่น ความสำเร็จครั้งสำคัญของ Google ในปี 2019 ประกอบด้วยการคำนวณบนวงจรสุ่มตัวอย่าง ซึ่งไม่มีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ใดสามารถจำลองได้ในเวลาที่เหมาะสม แต่ก็ไม่มีประโยชน์นอกห้องปฏิบัติการเช่นกัน

ด้วยโครงการ Quantum Echoes บริษัทมีเป้าหมายที่จะยุติข้อถกเถียงนี้ด้วยการทดลองที่ออกแบบมาตั้งแต่เริ่มต้นให้สามารถตรวจสอบและทำซ้ำได้สำหรับทุกคนที่ต้องการทดลองอัลกอริทึมได้รับการพัฒนาด้วยพารามิเตอร์และการกำหนดค่าที่กลุ่มวิจัยอื่น ๆ ที่มีฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่เทียบเคียงได้สามารถลองทำซ้ำได้ ยิ่งไปกว่านั้น ผลลัพธ์ของการจำลองควอนตัมยังถูกเปรียบเทียบกับการวัดทางฟิสิกส์แบบคลาสสิกที่ได้มาโดยใช้เทคนิคที่เป็นที่ยอมรับกันดี

“การตรวจสอบได้ด้วยควอนตัม” ที่ Google อ้างนั้นตั้งอยู่บนสองเสาหลัก: ประการแรก คือ ข้อเท็จจริงที่ว่าการคำนวณสามารถทำซ้ำได้บนเครื่องควอนตัมอื่นๆ ที่คล้ายกัน และประการที่สอง คือ ความเป็นไปได้ในการเปรียบเทียบผลลัพธ์ของอัลกอริทึมกับข้อมูลการทดลองนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ หรือกับการจำลองแบบคลาสสิกในกรณีที่ยังสามารถทำได้ การตรวจสอบความถูกต้องแบบคู่ขนานนี้ช่วยเสริมน้ำหนักให้กับข้ออ้างที่ว่าเราไม่ได้กำลังจัดการกับกลอุบายทางคณิตศาสตร์ที่ยากต่อการตรวจสอบเพียงอย่างเดียว

เพื่อให้การสาธิตประเภทนี้เป็นไปได้ ฮาร์ดแวร์ต้องผสานการทำงานความเร็วสูงเข้ากับอัตราความผิดพลาดต่ำมากการเบี่ยงเบนใดๆ ในลำดับการย้อนเวลาจะทำให้เสียงสะท้อนสุดท้ายเสียหาย ความจริงที่ว่าวิลโลว์สามารถเอาชนะความท้าทายนี้ได้โดยไม่เกิดความเสียหาย แสดงให้เห็นว่าการควบคุมคิวบิตตัวนำยิ่งยวดได้ก้าวไปถึงระดับที่น่าทึ่ง ซึ่งมีความก้าวหน้ามากกว่าเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมามาก

ถึงกระนั้น ผู้เชี่ยวชาญหลายคนก็ยังเรียกร้องให้ระมัดระวัง นักวิจัยอย่างคาร์ลอส ซาบิน จากภาควิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฎี มหาวิทยาลัยอิสระแห่งมาดริด ชี้ให้เห็นว่าข้อได้เปรียบทางควอนตัมอื่นๆ ก็เคยถูกประกาศออกมาแล้ว แต่ต่อมาก็ถูกตั้งข้อจำกัดเมื่อกลุ่มอื่นๆ ปรับปรุงอัลกอริธึมแบบคลาสสิก หรือหาวิธีประมาณผลลัพธ์ด้วยคอมพิวเตอร์ทั่วไป ปัจจุบัน ชุมชนวิทยาศาสตร์กำลังตรวจสอบว่าการทดลองของ Google สร้างขอบเขตที่แน่ชัดได้มากน้อยเพียงใด

การประยุกต์ใช้ในเคมี: โมเลกุล NMR และความฝันของ “ควอนโตสโคป”

หนึ่งในแง่มุมที่โดดเด่นที่สุดของ Quantum Echoes คือการใช้งานเป็น เครื่องมือ จำลองทางเคมีและสเปกโทรสโกปีควอนตัม Google ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ในการใช้อัลกอริธึมนี้กับ Willow เพื่อศึกษาโมเลกุลสองชนิด คือชนิดที่มี 15 อะตอมและชนิดที่มี 28 อะตอม โดยใช้ข้อมูลการทดลองจากนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ (NMR) เป็นจุดเปรียบเทียบ

NMR ซึ่งเป็นเทคนิคทางสเปกโทรสโกปีที่คล้ายคลึงกับการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทางการแพทย์ ทำหน้าที่ เสมือน กล้องจุลทรรศน์ระดับโมเลกุลโดยอาศัยการหมุนของนิวเคลียสอะตอม ด้วยการตรวจจับว่าการหมุนเหล่านี้ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กและสัญญาณคลื่นวิทยุอย่างไร นักวิทยาศาสตร์สามารถอนุมานตำแหน่งสัมพัทธ์ของอะตอมและโครงสร้างของโมเลกุลได้ NMR เป็นเครื่องมือพื้นฐานในวิชาเคมี ชีววิทยา และวิทยาศาสตร์วัสดุ

ปัญหาคือเมื่อโมเลกุลมีขนาดใหญ่ขึ้นหรือปฏิกิริยาการหมุนของสปินมีความซับซ้อนมากขึ้นวิธีการตีความข้อมูล NMR แบบดั้งเดิมจะใช้ทรัพยากรการคำนวณสูงมาก นั่นคือจุดที่ Quantum Echoes เข้ามามีบทบาท: ความสามารถในการติดตามพลวัตควอนตัมภายในของระบบอลวนช่วยให้สามารถจำลองปฏิกิริยาการหมุนของสปินในระยะทางไกลได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ในการศึกษาเพื่อพิสูจน์แนวคิดที่ดำเนินการร่วมกับเบิร์กลีย์ ผลลัพธ์ที่ได้จากอัลกอริทึมควอนตัมตรงกับการวัด NMR แบบดั้งเดิมสำหรับโมเลกุลทั้งสอง ซึ่งถือเป็นการยืนยันความถูกต้องของวิธีการนี้เป็นครั้งแรกอย่างแข็งแกร่ง ยิ่งไปกว่านั้น การวิเคราะห์ควอนตัมยังเผยรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับพลศาสตร์ของสปินที่ไม่สามารถหาได้ด้วยเทคนิคแบบคลาสสิก ซึ่งบ่งชี้ถึงความไวที่มากกว่า

นักวิจัยอย่าง Ashok Ajoy ผู้ร่วมงานกับ Google Quantum AI และศาสตราจารย์ที่ Berkeley กำลังพูดถึง"สเปกโทรสโกปีควอนตัม" ในอนาคตที่สามารถก้าวข้ามข้อจำกัดในปัจจุบันได้ในสถานการณ์นั้น การผสมผสานระหว่าง NMR เชิงทดลองกับอัลกอริธึมควอนตัม เช่น Quantum Echoes อาจกลายเป็นเครื่องมือชั้นนำสำหรับการค้นพบยาใหม่ การทำความเข้าใจโรคที่ซับซ้อน เช่น โรคอัลไซเมอร์ หรือการออกแบบวัสดุขั้นสูงสำหรับแบตเตอรี่ โพลิเมอร์ หรือแม้แต่คิวบิตตัวนำยิ่งยวดเอง

ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นต่อการแพทย์ วัสดุศาสตร์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ

หากคำมั่นสัญญาของ Google เป็นจริง Quantum Echoes อาจเป็นก้าวแรกที่สำคัญไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีการใช้งานจริงอย่างเป็นรูปธรรมความสามารถในการจำลองระบบควอนตัมหลายอนุภาคได้อย่างแม่นยำนั้นมีผลโดยตรงต่อสาขาต่างๆ เช่น เคมีเชิงคำนวณ ซึ่งการจำลองปฏิสัมพันธ์ทางอิเล็กตรอนที่ซับซ้อนนั้นเป็นปัญหาที่ยากเกินกว่าจะทำได้ด้วยการคำนวณแบบคลาสสิก

ในสาขาชีวการแพทย์ นี่หมายถึงความเป็นไปได้ในการสำรวจโมเลกุลยาที่มีศักยภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นแทนที่จะทดสอบสารประกอบหลายพันชนิดแบบสุ่มสี่สุ่มห้า คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยทำนายโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเป้าหมายทางชีวภาพที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งจะช่วยเร่งการพัฒนายารักษาโรคทางระบบประสาทเสื่อม โรคมะเร็ง และโรคซับซ้อนอื่นๆ

ในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุ หลักการเดียวกันนี้สามารถนำมาใช้ในการออกแบบสารประกอบใหม่ที่มีคุณสมบัติเฉพาะเช่น ตัวนำยิ่งยวดที่มีเสถียรภาพมากขึ้น วัสดุแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงขึ้น โพลิเมอร์ขั้นสูง หรือโลหะผสมที่เบาและแข็งแรงกว่าเดิม การควบคุมพลศาสตร์ควอนตัมในระดับจุลภาคทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างการทดสอบการผสมผสานแบบสุ่มกับการปรับแต่งการออกแบบอย่างละเอียดด้วยการจำลองที่เชื่อถือได้

นอกเหนือจากทั้งหมดนี้ ยังมีผลกระทบต่อด้านต่างๆ เช่น ความปลอดภัยทางไซเบอร์ แม้ว่า Quantum Echoes เองจะไม่ได้ออกแบบมาเพื่อถอดรหัส แต่ก็เป็นส่วนหนึ่งของความก้าวหน้าที่กำลังนำเครื่องควอนตัมที่มีประโยชน์มาสู่ความเป็นจริงมากขึ้นชุมชนด้านความปลอดภัยกำลังพูดคุยกันถึงกลยุทธ์ "เก็บเกี่ยวข้อมูลตอนนี้ ถอดรหัสในภายหลัง" กล่าวคือ ขโมยข้อมูลในวันนี้เพื่อถอดรหัสเมื่อมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถถอดรหัสอัลกอริทึมการเข้ารหัสในปัจจุบันได้ ซึ่งทำให้องค์กรต่างๆ เช่น สหภาพยุโรปและ ENISA วางแผนการเปลี่ยนผ่านไปสู่ระบบหลังควอนตัม

ในระดับภูมิรัฐศาสตร์ การเคลื่อนไหวของ Google เป็นส่วนหนึ่งของการแข่งขันที่ดุเดือดกับยักษ์ใหญ่อย่าง IBM, Microsoft และผู้เล่นชาวจีนต่างๆแพลตฟอร์มอย่าง Wukong ในจีน หรือการพัฒนาของ IBM ในด้านคิวบิตตัวนำยิ่งยวดและคิวบิตตรรกะที่มีอายุการใช้งานยาวนาน แสดงให้เห็นว่าไม่มีใครอยากถูกทิ้งไว้ข้างหลัง ข้อได้เปรียบทางควอนตัมที่พิสูจน์ได้ที่ Google อ้างนั้น นอกเหนือจากความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์แล้ว ยังเป็นข้อความเชิงกลยุทธ์เกี่ยวกับตำแหน่งของตนในการแข่งขันนี้ด้วย

ข้อจำกัดและความสงสัยในปัจจุบันภายในชุมชนวิทยาศาสตร์

ไม่ใช่ว่าจะมีแต่ความตื่นเต้นเร้าใจไปเสียทั้งหมด แม้ว่าการทดลอง Quantum Echoes จะแสดงถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญจากความสำเร็จก่อนหน้านี้ แต่ผู้เชี่ยวชาญหลายคนเน้นย้ำว่าเรายังอยู่ในช่วงทดลองอย่างชัดเจนในขณะนี้ การสาธิตได้ดำเนินการกับโมเลกุลขนาดเล็กและวงจรควอนตัม ซึ่งแม้จะน่าประทับใจ แต่ก็ยังห่างไกลจากสิ่งที่จำเป็นในการแก้ปัญหาในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

จากการประมาณการที่รวบรวมโดย Google เอง พบว่า การที่จะสร้างโมเลกุลที่ต้องใช้คิวบิตทางกายภาพประมาณ 50 ตัวที่มีความซับซ้อนในระดับที่เหมาะสมนั้น จำเป็นต้องดำเนินการเกตตรรกะควอนตัมหลายแสนถึงหลายล้านเกต ซึ่งจำนวนนี้สูงกว่า 792 เกตที่ใช้ในการทดลองปัจจุบันมาก และเทคนิคการลดข้อผิดพลาดที่ใช้ได้ผลในระดับนี้ อาจใช้ไม่ได้ผลกับวงจรที่ซับซ้อนกว่านี้มาก

ข้อวิจารณ์ที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ข้อหนึ่งก็คือ แม้ว่าการสาธิตจะแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบเชิงควอนตัมที่แท้จริง แต่ ก็ยังไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีแอปพลิเคชันเชิงปฏิบัติที่สำคัญ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ อัลกอริทึมนี้ใช้เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของวิธีการและศึกษาระบบที่สามารถจัดการได้ด้วยเทคนิคแบบคลาสสิกที่ได้รับการปรับปรุงแล้ว แต่ยังไม่สามารถแก้ปัญหาที่ไม่สามารถแก้ไขได้โดยสิ้นเชิงด้วยการคำนวณแบบคลาสสิกในบริบททางอุตสาหกรรมหรือทางการแพทย์เฉพาะด้านได้

นอกจากนี้ การแก้ไขข้อผิดพลาดยังคงเป็นอุปสรรคสำคัญ การใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่จำเป็นต้องมีคิวบิตเชิงตรรกะที่แข็งแกร่งซึ่งสร้างขึ้นจากคิวบิตทางกายภาพจำนวนมากเพื่อให้สามารถตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดแต่ละรายการได้โดยไม่สูญเสียข้อมูล Google ได้กำหนดเป้าหมายนี้ไว้เป็นเป้าหมายสำคัญลำดับที่ 3 ในแผนงานควอนตัมของตน นั่นคือ การสร้างคิวบิตเชิงตรรกะที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ซึ่งสามารถทนต่อความต้องการในการทำงานของอัลกอริทึมที่ซับซ้อนได้นานพอที่จะทำงานได้โดยไม่ล่ม

แม้จะมีข้อสงสัยอยู่บ้าง แต่แม้แต่ผู้ที่ระมัดระวังที่สุดก็ยังยอมรับว่าQuantum Echoes อาจเป็นก้าวสำคัญเบื้องต้นในการแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ในทางปฏิบัติ กุญแจสำคัญอยู่ที่ว่าห้องปฏิบัติการอื่นๆ จะสามารถทำซ้ำการทดลอง ปรับปรุงอัลกอริทึมแบบคลาสสิกที่แข่งขันกันอยู่ และเหนือสิ่งอื่นใด สามารถขยายเทคนิคเหล่านี้ไปยังระบบที่มีคิวบิตและเกตมากขึ้นโดยไม่ทำให้ข้อผิดพลาดเพิ่มสูงขึ้นได้หรือไม่

เมื่อมองภาพรวมแล้ว Quantum Echoes โดดเด่นในฐานะสัญญาณที่ชัดเจนว่าฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ควอนตัมกำลังพัฒนาไปพร้อมๆ กัน Willow แสดงให้เห็นว่าสามารถทำงานได้ด้วยอัตราความผิดพลาดต่ำพอที่จะทำให้โปรโตคอลการย้อนเวลาที่ละเอียดอ่อนใช้งานได้ ในขณะที่อัลกอริทึมเปิดประตูสู่แอปพลิเคชันที่แก้ไขปัญหาทางฟิสิกส์ในโลกแห่งความเป็นจริงโดยตรง แม้ว่าจะมีหนทางอีกยาวไกล แต่เสียงสะท้อนแรกของการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมก็เริ่มดังขึ้นอย่างชัดเจนแล้ว

บทความที่เกี่ยวข้อง:

Google AI Overviews มาถึงสเปนแล้ว: คืออะไรและเปลี่ยนแปลงการค้นหาอย่างไร