ไมโครซอฟท์ เปิดตัวชิป Majorana 1 ปูทางสู่ควอนตัมคอมพิวติ้งยุคใหม่

ชิปมาโจรานา 1 ใช้ประโยชน์จากโทโพคอนดักเตอร์ตัวแรกของโลก ซึ่งเป็นวัสดุชนิดใหม่ที่สามารถสังเกตและ ควบคุมอนุภาคมาโจรานา เพื่อสร้างคิวบิตที่เชื่อถือได้และปรับขนาดได้มากขึ้น ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของ คอมพิวเตอร์ควอนตัม

ไมโครซอฟท์ อธิบายว่า เช่นเดียวกับที่สารกึ่งตัวนำเป็นรากฐานของสมาร์ทโฟน คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ ในปัจจุบัน โทโพคอนดักเตอร์และชิปมาโจรานา 1 จะปูทางไปสู่การพัฒนาระบบควอนตัมที่สามารถรองรับคิวบิตได้ถึง หนึ่งล้านหน่วย และแก้ปัญหาที่ซับซ้อนที่สุดทั้งในภาคอุตสาหกรรม และสังคม

เชอแทน นายัค ผู้เชี่ยวชาญทางเทคนิคของไมโครซอฟท์ กล่าวว่า “เราลองถอยกลับมาหนึ่งก้าวเพื่อพิจารณาว่า ‘ถ้าจะสร้างทรานซิสเตอร์สำหรับยุคควอนตัม ทรานซิสเตอร์นั้นควรมีคุณสมบัติอย่างไร’ นั่นคือที่มาของการพัฒนาชิปมาโจรานา 1 การผสมผสานวัสดุคุณภาพสูงและรายละเอียดต่างๆ ทำให้เราสามารถสร้างคิวบิตแบบใหม่และ สถาปัตยกรรมที่ล้ำสมัย”

ไมโครซอฟท์ ระบุว่า สถาปัตยกรรมใหม่นี้ช่วยให้ชิปมาโจรานา 1 สามารถบรรจุคิวบิตได้ถึงหนึ่งล้านหน่วย ในขนาดพื้นที่ เท่ากับฝ่ามือ ซึ่งเป็นก้าวสำคัญที่นำไปสู่การสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่แก้ปัญหาต่างๆ ในชีวิตจริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น การย่อยสลายไมโครพลาสติกให้เป็นสารที่ไม่เป็นอันตราย หรือการพัฒนาวัสดุที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ สำหรับอุตสาหกรรมก่อสร้าง การผลิต และการแพทย์ เพราะควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีคิวบิตหนึ่งล้านหน่วย จะสามารถประมวลผลข้อมูลได้มากกว่าคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในโลกรวมกัน

“การพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์จะเกิดขึ้นได้จริง ต้องพัฒนาให้ถึงหนึ่งล้านคิวบิตเท่านั้น ไม่เช่นนั้น จะไปต่อไม่ได้ ซึ่งไมโครซอฟท์มีแผนที่จะไปให้ถึงจุดนั้น” นายัค กล่าว

โทโพคอนดักเตอร์ หรือที่ย่อมาจาก topological superconductor เป็นวัสดุพิเศษที่สามารถสร้างสถานะ ของสสารแบบใหม่ที่ไม่ใช่ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ แต่เป็นสถานะโทโพโลยี วัสดุนี้ถูกนำมาใช้สร้างคิวบิต ที่มีความเสถียร รวดเร็ว ขนาดเล็ก และควบคุมได้แบบดิจิทัล งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับล่าสุด อธิบายถึงวิธีการที่นักวิจัยของ ไมโครซอฟท์ สร้างและวัดคุณสมบัติควอนตัมของคิวบิตโทโพโลยี ซึ่งเป็นก้าวสำคัญสู่การนำไปใช้งานจริง

ความสำเร็จในครั้งนี้เกิดจากการพัฒนาวัสดุใหม่ที่ทำจากอินเดียมอาร์เซไนด์ (Indium arsenide) และอะลูมิเนียม (Aluminum) ซึ่งไมโครซอฟท์ออกแบบและสร้างขึ้นในระดับอะตอม โดยมีเป้าหมายคือการสร้างอนุภาคควอนตัม มาโจรานา และใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติพิเศษของสิ่งนี้ในการพัฒนาควอนตัมคอมพิวติ้งไปอีกขั้น

“ความก้าวหน้านี้ต้องอาศัยการพัฒนาโครงสร้างวัสดุแบบใหม่ทั้งหมดที่ประกอบด้วยอินเดียมอาร์เซไนด์ และอะลูมิเนียม ซึ่งไมโครซอฟท์ได้ออกแบบและสร้างขึ้นในระดับอะตอม โดยมีเป้าหมายเพื่อกระตุ้นให้เกิดอนุภาคควอนตัมชนิดใหม่ที่เรียกว่า ‘มาโจราน’ และใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเฉพาะตัวของมันในการก้าวไปสู่ขอบเขตใหม่ของการประมวลผลควอนตัม” ไมโครซอฟท์ กล่าว

แกนโทโพโลยี (Topological Core) หรือแกนการเชื่อมโยงการรับส่งข้อมูลเข้าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรูปแบบต่างๆ แกนแรกของโลกที่ขับเคลื่อนมาโจรานา 1 ได้รับการออกแบบให้มีความเสถียรตั้งแต่ต้น ด้วยการผสานความสามารถในการต้านทานข้อผิดพลาดในระดับฮาร์ดแวร์ ทำให้มีเสถียรภาพสูงยิ่งขึ้น

ทั้งนี้ การประยุกต์ใช้ที่สำคัญในเชิงพาณิชย์จำเป็นต้องดำเนินการหลายล้านล้านครั้งบนคิวบิตนับล้าน ซึ่งแทบเป็นไปไม่ได้ด้วยวิธีการปัจจุบันที่ต้องอาศัยการควบคุมแบบแอนะล็อกที่แม่นยำสำหรับคิวบิตแต่ละตัว ด้วยเหตุนี้ทีมไมโครซอฟท์จึงพัฒนาวิธีวัดผลรูปแบบใหม่ที่ช่วยให้สามารถควบคุมคิวบิตแบบดิจิทัลได้ ซึ่งเป็นการปรับเปลี่ยนแนวคิดและลดความซับซ้อนของการประมวลผลควอนตัมอย่างมหาศาล

ความก้าวหน้านี้เป็นเครื่องพิสูจน์ว่าการเลือกพัฒนา “คิวบิตโทโพโลยี” ของไมโครซอฟท์เมื่อหลายปีก่อนเป็นแนวทางที่ถูกต้อง แม้จะเป็นความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่มีความเสี่ยงสูง แต่ผลลัพธ์ที่ได้รับก็คุ้มค่า ปัจจุบัน ไมโครซอฟท์สามารถนำคิวบิตโทโพโลยี จำนวนแปดตัวมาอยู่บนชิปที่ออกแบบมาเพื่อขยายขนาดให้รองรับได้ถึงหนึ่งล้านคิวบิตเลยทีเดียว

“ตั้งแต่แรกเริ่ม เป้าหมายของเราคือการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อให้เกิดประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ ไม่ใช่เพียงเพื่อเป็นผู้นำทางความคิดเท่านั้น เรารู้ว่าต้องการคิวบิตรูปแบบใหม่ และเราต้องขยายขนาดให้ได้” แมทเธียส ทรอยเออร์ ผู้เชี่ยวชาญทางเทคนิคของไมโครซอฟท์ กล่าว

แนวทางนี้จึงนำไปสู่ความร่วมมือกับ สำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหม (Defense Advanced Research Projects Agency: DARPA) ซึ่งเป็นหน่วยงานของรัฐบาลกลางสหรัฐฯ ที่ลงทุนในเทคโนโลยีล้ำสมัยเพื่อความมั่นคงของชาติ โดย DARPA ได้ดึงไมโครซอฟท์เข้าร่วมในโครงการที่เข้มข้นนี้ด้วย เพื่อประเมินว่าเทคโนโลยีควอนตัมเชิงนวัตกรรมสามารถสร้างระบบควอนตัมที่มีศักยภาพในเชิงพาณิชย์ได้เร็วกว่าแนวทางทั่วไปหรือไม่

ไมโครซอฟท์เป็นหนึ่งในสองบริษัทที่ได้รับเชิญให้เข้าสู่ โครงการ Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC) ของ DARPA ในช่วงเฟสสุดท้าย ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ โครงการ Quantum Benchmarking Initiative ของ DARPA ที่มีเป้าหมายในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมระดับยูทิลิตี้ที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด หรือคอมพิวเตอร์ที่มีศักยภาพในการประมวลผลสูงกว่าต้นทุนที่ใช้ในการดำเนินการ