คอมพิวเตอร์ควอนตัม เอช1 ของควอนทินิวอัม รันอัลกอริธึมที่ทนต่อความผิดพลาดได้อย่างเต็มรูปแบบ ด้วยคิวบิตเข้ารหัสเชิงตรรกะ 3 ตัว

ทีมงานจากหลากหลายสาขาวิชาจากควอนทินิวอัม คิวเทค (มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์) และมหาวิทยาลัยสตุตการ์ต ได้ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม เอช1 เพื่อแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าอันน่าเหลือเชื่อในการดำเนินงานที่ทนต่อความผิดพลาด

คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนต่อความผิดพลาด (Fault-tolerant) ซึ่งมอบโซลูชันใหม่อันเป็นรากฐานให้กับปัญหาที่เร่งด่วนอันดับต้น ๆ ของโลกในด้านการแพทย์ การเงิน และสิ่งแวดล้อม ตลอดจนช่วยอำนวยความสะดวกให้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) เป็นที่นิยมใช้อย่างกว้างขวาง กำลังทำให้เทคโนโลยีควอนตัมเป็นที่จับตา อย่างไรก็ตาม ตารางเวลาต่าง ๆ ที่กำหนดไว้ในการบรรลุกระบวนทัศน์เหล่านี้ จำเป็นต้องอาศัยความก้าวหน้าและนวัตกรรมที่สำคัญเพื่อให้ยังสามารถบรรลุได้ และไม่มีปัญหาใดเร่งด่วนไปกว่าการเปลี่ยนจากคิวบิตเชิงกายภาพ ไปสู่คิวบิตที่ทนต่อความผิดพลาดได้

ในความเคลื่อนไหวช่วงแรกที่มีความหมายยิ่งในเส้นทางนี้ เหล่านักวิทยาศาสตร์จากบริษัทด้านการประมวลผลควอนตัมแบบบูรณาการรายใหญ่ที่สุดในโลกอย่างควอนทินิวอัม (Quantinuum) พร้อมกับเหล่าผู้ร่วมงาน ได้แสดงวิธีที่ทนต่อความผิดพลาดได้เป็นครั้งแรก โดยใช้คิวบิตเข้ารหัสเชิงตรรกะ (logically-encoded qubits) 3 ตัวบนคอมพิวเตอร์ควอนตัม เอช1 (H1) ของควอนทินิวอัม ที่ได้รับการสนับสนุนโดยฮันนี่เวลล์ (Honeywell) เพื่อการดำเนินการตามขั้นตอนทางคณิตศาสตร์

วิธีการประมวลผลควอนตัมแบบทนต่อความผิดพลาด คาดว่าจะเป็นการเปิดทางไปสู่โซลูชันที่สามารถนำไปใช้แก้ปัญหาต่าง ๆ ในโลกความจริงในด้านต่าง ๆ ได้ อาทิ การจำลองโมเลกุล ปัญญาประดิษฐ์ การเพิ่มประสิทธิภาพ และความปลอดภัยไซเบอร์ และเมื่อบวกกับความก้าวหน้าครั้งสำคัญในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาด้านฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ และการแก้ไขข้อผิดพลาดแล้ว ผลลัพธ์ที่ควอนทินิวอัมประกาศออกมาในวันนี้ในรายงานฉบับใหม่บนแพลตฟอร์ม arXiv อย่าง "การเพิ่มหนึ่งบิตที่ทนต่อความผิดพลาดด้วยรหัสสีขนาดเล็กที่สุด" (Fault-Tolerant One-Bit Addition with the Smallest Interesting Colour Code) ก็ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งใหม่ และสะท้อนถึงความเร็วในการเติบโตของกระบวนการนี้

บริษัทและกลุ่มวิจัยต่าง ๆ ได้มุ่งความสนใจไปที่การบรรลุการทนต่อความผิดพลาด โดยจัดการกับสัญญาณรบกวน (noise) ที่เกิดขึ้นตามปกติเมื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงาน ควอนทินิวอัมเป็นผู้บุกเบิกที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว โดยบุกเบิกมาแล้วหลายเรื่อง เช่น การสาธิตประตูที่เชื่อมโยงกันระหว่างคิวบิตเชิงตรรกะ 2 ตัวในลักษณะที่ทนต่อข้อความผิดพลาดได้อย่างสมบูรณ์โดยอาศัยการแก้ไขความผิดพลาดแบบเรียลไทม์ และการจำลองโมเลกุลไฮโดรเจนด้วยคิวบิตที่เข้ารหัสเชิงตรรกะ 2 ตัว

การเพิ่มหนึ่งบิตโดยใช้วงจรที่ทนต่อความผิดพลาดที่มีขนาดเล็กที่สุด ทำให้ทีมของเรามีอัตราความผิดพลาดลดลงเกือบหนึ่งระดับขนาด (order of magnitude) ที่ ~1.1x10^-3 เมื่อเทียบกับ ~9.5x10^-3 สำหรับวงจรที่ไม่ได้เข้ารหัส โดยการระงับข้อผิดพลาดที่สังเกตเห็นได้นั้น เป็นผลจากอัตราความผิดพลาดเชิงกายภาพของสถาปัตยกรรมเทคโนโลยีถ่ายเทประจุควอนตัม (QCCD) ที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมเอช ซีรีส์ (H-Series) ของควอนทินิวอัม ซึ่งต่ำกว่าระบบอื่น ๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบัน อัตราความผิดพลาดเหล่านี้อยู่ในช่วงที่อัลกอริธึมทนต่อความผิดพลาดจะเป็นไปได้

คุณอิลยาส ข่าน ( Ilyas Khan) ผู้ก่อตั้งและประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายผลิตภัณฑ์ของควอนทินิวอัม กล่าวว่า "นอกเหนือจากการมอบหลักฐานความเป็นไปได้อย่างต่อเนื่องให้กับแวดวงควอนตัมในยุคเริ่มของการประมวลผลควอนตัมแล้ว การสาธิตในปัจจุบันยังมีความสำคัญในด้านความชาญฉลาดอีกด้วย สถาปัตยกรรมเทคโนโลยีดักจับไอออน (ion trap) ในเอช ซีรีส์ ของเรามาพร้อมอัตราความผิดพลาดเชิงกายภาพและความยืดหยุ่นจากการขนส่งคิวบิตที่น้อยที่สุด เปิดโอกาสให้ผู้ใช้งานฮาร์ดแวร์ของเราใช้งานรหัสแก้ไขความผิดพลาดได้มากยิ่งขึ้น และสิ่งนี้เองที่ทำให้เป็นไปได้ เตรียมตัวให้พร้อมสำหรับความก้าวหน้าทางการคำนวณที่สำคัญเพิ่มเติมในช่วงเวลาที่จะมาถึง ในขณะที่เราเชื่อมโยงคุณภาพของฮาร์ดแวร์ของเรากับงานที่มีความหมายในโลกแห่งความเป็นจริง"

คลิฟฟอร์ดเกต (Clifford gate) เชิงตรรกะค่าการทำงานเกินต่ำ (Low-overhead) เมื่อใช้ร่วมกับซีซีซีเกต (CCZ gate) ตามภาคตัดขวางของรหัสสีสามมิติแล้ว ช่วยให้ทีมงานลดจำนวนเกต 2 คิวบิตและการวัดค่าที่จำเป็นสำหรับการเพิ่มหนึ่งบิตจากมากกว่า 1,000 เหลือ 36 ได้

คุณเบน คริเกอร์ ( Ben Criger) นักวิทยาศาสตร์ผู้วิจัยอาวุโสของควอนทินิวอัมและผู้วิจัยหลักของรายงานฉบับนี้ กล่าวว่า "ซีซีซีเกต ที่เราแสดงให้เห็นที่นี่ ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญในอัลกอริทึมของชอร์ (Shor's Algorithm), ควอนตัมมอนติคาร์โล (Monte Carlo), การวิเคราะห์ข้อมูลเชิงโทโพโลยี และอัลกอริธึมควอนตัมอื่น ๆ ผลลัพธ์นี้ได้พิสูจน์แล้วว่า ขณะนี้ฮาร์ดแวร์มีความสามารถในการดำเนินการองค์ประกอบที่สำคัญทั้งหมดนี้ของการประมวลผลควอนตัมที่ทนต่อความผิดพลาดได้ ทั้งการเตรียมสถานะ คลิฟฟอร์ดเกต เกตที่ไม่ใช่คลิฟฟอร์ด และการวัดเชิงตรรกะ"

เกี่ยวกับควอนทินิวอัม

ควอนทินิวอัม (Quantinuum) คือบริษัทด้านการประมวลผลควอนตัมรายใหญ่ที่สุดในโลก ก่อตั้งขึ้นโดยการรวมกันระหว่างฮาร์ดแวร์ชั้นนำระดับโลกของฮันนี่เวลล์ ควอนตัม โซลูชันส์ (Honeywell Quantum Solutions) กับมิดเดิลแวร์และแอปพลิเคชันชั้นนำของเคมบริดจ์ ควอนตัม (Cambridge Quantum) โดยควอนทินิวอัมยึดมั่นในวิทยาศาสตร์และการขับเคลื่อนองค์กรเป็นหัวใจสำคัญ เพื่อเร่งการประมวลผลควอนตัมและการพัฒนาแอปพลิเคชันในด้านเคมี ความปลอดภัยทางไซเบอร์ การเงิน และการยกระดับประสิทธิภาพ จุดมุ่งหมายขององค์กรคือการสร้างโซลูชันควอนตัมเชิงพาณิชย์ที่ปรับขนาดได้ เพื่อแก้ปัญหาที่เร่งด่วนที่สุดในโลกในด้านต่าง ๆ เช่น พลังงาน การขนส่ง การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และสุขภาพ บริษัทมีพนักงานมากกว่า 480 คน รวมถึงนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรกว่า 350 คนที่ประจำอยู่ในสำนักงาน 8 แห่งทั่วสหรัฐอเมริกา ยุโรป และญี่ปุ่น ดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ http://www.quantinuum.com

การใช้เครื่องหมายการค้าฮันนี่เวลล์อยู่ภายใต้การอนุญาตจากฮันนี่เวลล์ อินเตอร์เนชันแนล อิงค์ (Honeywell International Inc) ฮันนี่เวลล์มิได้เป็นตัวแทนหรือให้การรับประกันที่เกี่ยวข้องกับบริการนี้

รูปภาพ: https://mma.prnewswire.com/media/2223685/Quantinuum_H2.jpg