ผู้เรียบเรียง

ชนารัตน์ บุณยรัตพันธุ์

นักเอกสารสนเทศชำนาญการ ฝ่ายบริการ

สำนักหอสมุด มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

             ควอนตัมคอมพิวเตอร์ อาศัยการทำงานของอะตอมและอนุภาคเล็ก ๆ ซึ่งเป็นคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้เกิดสิ่งต่าง ๆ ขึ้นได้อย่างมากมาย จึงเป็นเทคโนโลยีที่น่าสนใจ แม้ว่าจะยังอยู่เพียงในวงการวิทยาศาสตร์เท่านั้น ด้วยเหตุเพราะยังมีอีกหลายด้านที่ยังไม่มีการค้นพบ แต่ในอนาคตคาดการณ์ว่าน่าจะมีการนำไปใช้กับทุก ๆ ด้าน จึงเป็นส่วนที่ถือได้ว่ามีความสำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงโลกในอนาคตเช่นกัน จากที่เราได้เห็นการเข้ามาของเทคโนโลยีต่าง ๆ มากมาย ดังเช่นในปัจจุบันที่พลังของ AI ได้เข้ามามีบทบาท และเปลี่ยนหลายสิ่งหลายอย่างไปได้มากเพียงชั่วพริบตา ซึ่งหากบุคคลไม่ปรับตัว ก็อาจจะส่งผลต่อการดำเนินชีวิตในด้านต่าง ๆ ได้ เช่นเดียวกับพลังของควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่กำลังเข้ามาเช่นกัน หากเราเรียนรู้ เข้าใจ และเตรียมพร้อมรับมือกับบริบทต่าง ๆ ได้แล้วนั้น ไม่ว่าจะเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไร ก็อาจทำให้ส่งผลต่อเราไม่ได้มาก โดยสิ่งที่น่าสนใจในประเด็นนี้คือความรวดเร็วในการประมวลผลข้อมูล ซึ่งไม่เพียงแต่เกิดผลดีในการเข้าถึงข้อมูลทุกอย่างได้โดยง่าย แต่ในทางกลับกันยังมีผลเสียของการถูกเข้าถึงข้อมูลส่วนตัวได้ง่ายเช่นกัน ก่อให้เกิดความไม่ปลอดภัยของข้อมูล จึงควรได้ทราบสถานการณ์ปัจจุบันของควอนตัมคอมพิวเตอร์เพื่อเตรียมรับมือได้อย่างถูกต้อง และมีประสิทธิภาพ

           ควอนตัมคอมพิวเตอร์ เป็นเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ที่ใช้หลักการทางกลศาสตร์ควอนตัมในการประมวลผลข้อมูล ซึ่งแตกต่างจากคอมพิวเตอร์ทั่วไปที่ใช้หลักการทางฟิสิกส์คลาสสิก โดยหลักการทางกลศาสตร์ควอนตัม หรือการคำนวณเชิงควอนตัม (Quantum computing) นั้น เป็นรูปแบบการประมวลผลทางคณิตศาสตร์ ที่ใช้หน่วยที่เรียกว่า “คิวบิต” (Qubit) (Quantum Bit) เป็นการประมวลผลข้อมูลได้หลายสถานะในตำแหน่งเดียว ทำให้สามารถประมวลผลชุดคำสั่งหลายชุดให้เสร็จสิ้นในครั้งเดียวได้ จึงถือว่ามีการประมวลผลที่เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปหลายเท่าตัว เนื่องจากเป็นการใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ทางควอนตัม เช่น การซ้อนทับ (superposition) คือ ปรากฏการณ์ที่อนุภาคควอนตัมสามารถอยู่ในหลายสถานะพร้อมกัน เช่น อิเล็กตรอนสามารถหมุนขึ้นและหมุนลงพร้อมกันได้ เป็นต้น และการพันกัน (entanglement) คือ ปรากฏการณ์ที่อนุภาคควอนตัมสองตัวขึ้นไปมีความเชื่อมโยงกัน แม้จะอยู่ห่างกันมากก็ตาม โดยที่การวัดสถานะของอนุภาคหนึ่งจะส่งผลต่อสถานะของอีกอนุภาคหนึ่งทันที ผลจากปรากฏการณ์ทางควอนตัมนี้จึงทำให้สามารถคำนวณหลายสิ่งได้พร้อม ๆ กัน โดยมีหลักการทำงานเบื้องต้นคือ คิวบิต (Qubit หรือ Quantum Bit) ซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของข้อมูลในคอมพิวเตอร์ควอนตัม ต่างจากบิตในคอมพิวเตอร์ทั่วไปแต่เดิมเป็นระบบเลขฐานสอง (Binary Digits หรือ Bits) ที่สามารถมีค่าเป็น 0 หรือ 1 เท่านั้น คิวบิตสามารถอยู่ในสถานะซ้อนทับ คือมีค่าเป็น 0 และ 1 พร้อมกัน จนกระทั่งมีการวัดได้

           ความน่าสนใจของควอนตัมคอมพิวเตอร์นอกเหนือจากจุดเด่นคือความเร็วในการประมวลผลแล้วนั้น คือการที่สามารถแก้ปัญหาที่ซับซ้อนบางอย่างโดยที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปไม่สามารถแก้ไขได้ หรือต้องใช้เวลานานมาก ซึ่งคอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจสามารถแก้ไขได้อย่างรวดเร็ว เช่น การพัฒนายาใหม่ การสร้างวัสดุใหม่ หรือการแก้ไขปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน นอกจากนี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังมีศักยภาพที่จะปฏิวัติหลายอุตสาหกรรม เช่น การแพทย์ การเงิน การผลิต และการขนส่ง อีกทั้งในเรื่องของความปลอดภัยทางไซเบอร์ กล่าวคือ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำลายระบบการเข้ารหัสที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันได้ แต่ในขณะเดียวกันก็สามารถสร้างระบบการเข้ารหัสที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นได้เช่นกัน โดยตัวอย่างแอปพลิเคชันที่น่าสนใจขณะนี้ ได้แก่ การพัฒนายา ที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถจำลองโมเลกุลของยาได้อย่างแม่นยำ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์พัฒนายาใหม่ได้เร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ด้านวัสดุศาสตร์ คือการที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถออกแบบวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติพิเศษ เช่น วัสดุนาโน หรือวัสดุตัวนำยิ่งยวดได้ ด้านปัญญาประดิษฐ์ คือการที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยพัฒนาปัญญาประดิษฐ์ให้ฉลาดและเรียนรู้ได้เร็วขึ้น การเงิน คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลทางการเงินและพัฒนากลยุทธ์การลงทุนที่ซับซ้อนได้ แม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมยังอยู่ในขั้นตอนของการพัฒนา แต่ก็เป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพสูงที่จะเปลี่ยนแปลงโลกในอนาคตได้เป็นอย่างมากทีเดียว

           นอกจากนี้ ยังมีการนำเทคโนโลยีควอนตัมไปใช้ในด้านต่าง ๆ ตัวอย่างที่น่าสนใจเช่น การปกป้องโรคในสังคมผู้สูงอายุ กล่าวคือ เป็นการใช้เทคโนโลยีเข้ามาช่วยทำให้เห็นอนุภาคเล็ก ๆ ที่เป็นจุดเริ่มต้นของการเป็นโรคต่าง ๆ โดยไม่ต้องรอให้ร่างกายแสดงอาการ หรือมีสัญญาณที่ขนาดใหญ่เกินไป จนเกินระยะต้นไปแล้ว ซึ่งทำให้การรักษาเป็นไปได้ยากและสูญเสียค่าใช้จ่ายในมูลค่าที่เพิ่มขึ้น โดยเทคโนโลยีที่นำมาใช้ เรียกว่า “Quantum Sensing” ซึ่งมีหลายมหาวิทยาลัยที่ขณะนี้กำลังศึกษาเกี่ยวกับการตรวจจับโรคต่าง ๆ อาทิ โรคจอประสาทตาเสื่อม โรคอัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน เป็นต้น โดยเป็นการสร้างอุปกรณ์ตรวจจับอนุภาคที่เป็นจุดเริ่มต้นในดวงตา หรือสมอง ตามลำดับ  การปฏิวัติโลกของการสื่อสาร กล่าวคือ ในอนาคตข้อมูลจะถือเป็นสิ่งที่มีมูลค่ามาก จึงเป็นการอาศัยองค์ความรู้ของควอนตัมในการเพิ่มความปลอดภัยให้กับข้อมูล หรืออีกนัยหนึ่งการแฮกข้อมูลก็สามารถเข้าถึงได้ง่ายเช่นกัน ซึ่งหลักการที่ใช้นี้จะเรียกว่า “Superposition” หรือ “การซ้อนทับของควอนตัม” รวมถึงอุปกรณ์ทางเทคโนโลยีต่าง ๆ ที่กำลังเกิดขึ้นมาอย่างต่อเนื่อง ก็อาจต้องพัฒนาด้วยเทคโนโลยีควอนตัมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการปกป้องข้อมูลต่อไป

ตัวอย่างประเทศที่มีแนวโน้มการนำควอนตัมคอมพิวเตอร์มาพัฒนา

           ประเทศจีน เปิดตัวชิปประมวลผลรุ่นล่าสุด เรียกว่า เซียวหง (Xiaohong) มุ่งเน้นพัฒนาระบบมาตรวัดและควบคุมคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ พัฒนามาจากเทคนิคหลัก 2 ทาง คือ ควอนตัมโดยใช้แสงหรือโฟโตนิกส์ (photonics quantum) มีชื่อเรียกว่า “จิ่วจาง 2.0” และควอนตัมตัวนำยิ่งยวด (Superconducting Quantum Computer) มีชื่อเรียกว่า “จู่ชงจือ 2.1” ซึ่งในอนาคต จีนมองว่า ผู้ใช้ทั่วโลกจะสามารถใช้ผ่านแพลตฟอร์มคลาวด์คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่จีนพัฒนาขึ้นมานี้ได้

           สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรมขั้นสูงแห่งชาติ (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology: AIST) ของประเทศญี่ปุ่น เตรียมลงนาม MOU ร่วมกับ IBM เพื่อร่วมมือกันพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีจำนวน 10,000 คิวบิต ให้เกิดขึ้นในปี 2029 จากแต่เดิมในปัจจุบันอยู่ที่ 133 คิวบิต ซึ่งยังพบว่ามีปัญหาอยู่บ้าง และคาดว่าจะพัฒนาให้มีขนาด 1,000 คิวบิต ภายในปี 2025 นี้ก่อน ซึ่งมองว่าหากพัฒนาไปจนถึงขนาด 10,000 คิวบิตได้นั้น จะเป็นควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาดที่ไม่ต้องอาศัยซูเปอร์คอมพิวเตอร์แล้ว โดยญี่ปุ่นตั้งเป้าให้มีการนำไปใช้งานในด้านของการค้นพบและผลิตยาก่อนเป็นอันดับแรก และจึงพัฒนาต่อในด้านของโลจิสติกส์

           ประเทศอังกฤษ สร้างเซนเซอร์วัดแสงจากเทคโนโลยีควอนตัม โดยมีอนุภาคที่เล็กเกือบเท่าความหนาของเส้นผม ที่ 0.048 มิลลิเมตร ความยาว 0.22 มิลลิเมตร โดยควอนตัมนี้ถือเป็นควอนตัมที่มีขนาดเล็กที่สุดในโลก คือ 0.079 มิลลิเมตร และไม่ได้ทำงานภายใต้หลักการกระทบของแสงแบบเดิม แต่เป็นการใช้หลักควอนตัมแบบใหม่ กล่าวคือ เป็นการวัดการเปลี่ยนแปลงสถานะทางควอนตัมของแสงที่เปรียบเสมือนคลื่นแทรก โดยเรียกเซนเซอร์นี้ว่า โฮโมดายน์ (Homodyne detector) และหัวใจสำคัญของเซนเซอร์นี้คือ สามารถทำงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิใดก็ได้ อีกทั้งทำงานได้เร็วเพิ่มขึ้นกว่าแบบเดิมถึง 10 เท่า

           ในส่วนของประเทศไทยนั้น มหาวิทยาลัยมหิดล ได้คิดค้นพัฒนานวัตกรรมการพัฒนาโลหะทรานซิชันเป็นแม่เหล็กโมเลกุลเดี่ยว โดยเป็นการย่อขนาดแม่เหล็กนาโนให้กลายเป็นขนาดโมเลกุล เพื่อเพิ่มศักยภาพการจัดเก็บข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ในฮาร์ดไดรฟ์คอมพิวเตอร์และการประมวลผลเชิงควอนตัมกว่า 1,000 เท่า

            ทั้งนี้ บริษัทคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ดีที่สุด 5 อันดับ ณ ช่วงเดือนกันยายน 2567 นี้ ได้แก่

            1. International Business Machines Corporation (ไอบีเอ็ม)

            2. อินเทล (INTC)

            3. ตัวอักษรอิงค์ (GOOG)

            4. Honeywell นานาชาติ (HON)

            5. บริษัทไอออนคิวอินคอร์ปอเรท (ไอโอเอ็นคิว)

ผลกระทบจากพลังของควอนตัมคอมพิวเตอร์ และการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อป้องกัน

           จากประเด็นที่กล่าวถึงพลังของควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ส่งผลต่อการปฏิวัติโลกของการสื่อสารนั้น ทำให้สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (National Institute of Standards and Technology: NIST) กระทรวงพาณิชย์ของสหรัฐอเมริกา เล็งเห็นว่าเมื่อมีการนำควอนตัมคอมพิวเตอร์เข้ามาใช้ในการเข้ารหัสเพื่อเข้าถึงข้อมูลใด ๆ ย่อมจะเป็นไปได้โดยง่าย ซึ่งทำให้ความปลอดภัยในความเป็นส่วนตัวกลับลดน้อยลง เกิดความไม่ปลอดภัยต่อข้อมูล จึงได้พยายามคิดค้นและพัฒนาอัลกอริทึมที่จะมาช่วยป้องกันการเข้าถึงข้อมูลใด ๆ โดยมีคุณสมบัติทนทานต่อการแฮกข้อมูล ในแง่ที่ว่าอาจต้องใช้เวลานานกว่าจะแฮกได้ ส่งผลให้ผู้ต้องการแฮกอาจไม่ต้องการแฮกอีกต่อไป กล่าวคือ เป็นการทำให้ชุดข้อมูลมีขนาดใหญ่ขึ้นกว่าแต่เดิมที่อาจเป็นเพียงเลข 2 หลัก หรือการคำนวณถอดรหัสผ่านที่ใช้หลักการคณิตศาสตร์แบบง่าย ๆ ก็สามารถเข้าถึงได้แล้วนั้น โดยในความเป็นจริงได้มีการริเริ่มคิดค้นมาตั้งแต่ปี 2016 จนถึงปัจจุบันกว่า 8 ปีแล้ว ซึ่งได้ข้อสรุปเป็นอัลกอริทึม 4 ตัว ที่ใช้สำหรับสร้างรหัสและถอดรหัส ซึ่งปัจจุบันได้พัฒนาสำเร็จและเปิดให้ใช้งานแล้ว จำนวน 3 ตัว โดยมีการเปลี่ยนชื่อจากเดิม ข้อมูลเป็นดังนี้

           นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาอัลกอริทึมต่อ ๆ ไป เพื่อมาใช้เป็นตัวสำรอง กรณีอัลกอริทึมที่เปิดให้ใช้งานและเผยแพร่ออกไปนั้นมีช่องโหว่ ซึ่งเป็นประเด็นที่ทำให้เห็นว่า ต้องมีการเตรียมรับมือกับการมาของควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ค่อนข้างทรงพลังในอนาคตให้ได้

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

คณาจารย์สถาบันบัณฑิตบริหารธุรกิจ ศศินทร์ แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. (2566). ควอนตัม (Quantum) เทคโนโลยี: 

            นวัตกรรมดี ๆ ที่ตามองไม่เห็น. สืบค้นจาก https://www.chula.ac.th/news/114954/

จารุวรรณ เนนสุทัพ. (2564). รู้จัก “ควอนตัม คอมพิวเตอร์” คอมฯแห่งอนาคต เจ๋งแค่ไหน ?. สืบค้นจาก 

            https://brickinfotv.com/article/132715

แดเนียลมาร์ติน (นามแฝง). (2567). 5 บริษัทคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ดีที่สุด (กันยายน 2024). สืบค้นจาก 

            https://www.securities.io/th/companies-in-quantum-computing/

ถนัดกิจ จันกิเสน. (2567). ญี่ปุ่น-IBM ผนึกกำลัง! พัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ยุคใหม่ แรงกว่าเดิม 75 เท่า หวังใช้ประโยชน์ด้านยา

            และโลจิสติกส์. สืบค้นจาก https://thestandard.co/japan-ibm-join-forces-quantum-computer/

ไทยพีบีเอส (Thai PBS). (2567). NIST ประกาศ 3 ใน 4 อัลกอริทึมทนต่อการถอดรหัสด้วยควอนตัมคอมพิวเตอร์. สืบค้นจาก 

            https://www.thaipbs.or.th/now/content/1526

ผู้จัดการออนไลน์. (2567). จีนเปิดตัวชิปควอนตัมตัวนำยิ่งยวด ‘ขนาด 504 คิวบิต’ ให้ทั่วโลกใช้งานได้. สืบค้นจาก 

            https://mgronline.com/china/detail/9670000037349

มหาวิทยาลัยมหิดล. (2567). ม.มหิดล พัฒนานวัตกรรมเพิ่มศักยภาพเทคโนโลยีควอนตัมคอมพิวเตอร์ด้วยแม่เหล็กระดับโมเลกุล.

            สืบค้นจาก https://www.thaipr.net/education/3458439

NECTEC. (ม.ป.ป.). จากพันปี เหลือหลักนาที ! หากใช้ Quantum Computer ถอดรหัสลับข้อมูล องค์กรต้องปรับตัวอย่างไร 

            ประเทศไทยเตรียมพร้อมแค่ไหน. สืบค้นจาก https://www.nectec.or.th/news/news-article/quantum-

            computer-seminar.html

TNN. (2567). อังกฤษสร้างเซนเซอร์วัดแสงเล็กที่สุดในโลก หวังปูทางสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ให้เล็กลง. สืบค้นจาก 

            https://www.tnnthailand.com/news/tech/166475/

แหล่งข้อมูลที่เกี่ยวข้อง

Acar, E. & Yilmaz, İ. (2021). COVID-19 detection on IBM quantum computer with classical-quantum transfer 

            learning. Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 29(1): 46-61. 

            Retrieved from https://kasets.art/ZugRNL

Brans, Pat. (2022). How Swedish Researchers Are Making Strides in Quantum Computing: The Wallenberg 

            Centre for Quantum Technology in Sweden Expects to Have A Useful Quantum Computer By 2028. 

            Computer Weekly, 23-28. Retrieved from https://kasets.art/3S0mGY

Gyongyosi, L. & Imre, S. (2022). Advances in the Quantum Internet. Communications of the ACM, 65(8): 52-63. 

            Retrieved from https://kasets.art/YHUfN7

Khanal, B., Orduz, J., Rivas, P. & Baker, Erich. (2023). Supercomputing leverages quantum machine learning and 

            Grover's algorithm. Journal of Supercomputing, 79(6): 6918-6940. Retrieved from 

            https://kasets.art/x57CtF

Mashatan, A. & Heinztman, D. (2021). The Complex Path to Quantum Resistance: Is your organization 

            prepared?. Communications of the ACM, 64(9): 46-53. Retrieved from https://kasets.art/UXj5dG

Wang, J., Guo, G. & Shan, Z. (2022). SoK: Benchmarking the Performance of a Quantum Computer. 

            Entropy, 24(10): 1467. Retrieved from https://kasets.art/ff2wn3