Quantum Computer หรือคอมพิวเตอร์ควอนตัม เป็นเครื่องที่คนทั่วไปคงไม่ได้ซื้อมาใช้เอง แต่ผลของมันจะมาถึงผู้อ่านผ่านสองทาง ทางแรกคือระบบเข้ารหัสที่ปกป้องข้อมูลออนไลน์ ทางที่สองคืองานวิจัยโมเลกุลและวัสดุที่อยู่เบื้องหลังการพัฒนายาและแบตเตอรี่ เมื่อวันที่ 22 ต.ค. 2568 กูเกิล (Google) ประกาศว่าชิปควอนตัม Willow รันอัลกอริทึม Quantum Echoes ได้เร็วกว่าวิธีคลาสสิกที่ดีที่สุดบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ราว 13,000 เท่า และผลนี้ตรวจซ้ำได้ งานชิ้นนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature
กูเกิลเรียกผลนี้ว่าเป็นก้าวสำคัญสู่การใช้งานจริงครั้งแรกของคอมพิวเตอร์ควอนตัม ไม่ได้บอกว่าเป็นการใช้งานจริงแล้ว สิ่งที่ยืนยันแล้วคือผลการทดลองของกูเกิลที่ตีพิมพ์ใน Nature ส่วนการใช้งานจริงยังต้องรอเครื่องที่แก้ข้อผิดพลาดได้
คิวบิตทำงานต่างจากบิตธรรมดา
คอมพิวเตอร์ทั่วไปเก็บข้อมูลเป็นบิต แต่ละบิตเป็น 0 หรือ 1 อย่างใดอย่างหนึ่ง ส่วนคอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้คิวบิต (qubit) ไอบีเอ็ม (IBM) อธิบายว่าคิวบิตทำตัวเหมือนบิตได้ คือเก็บ 0 หรือ 1 แต่ก็ถือค่าผสมของทั้งสองอย่างพร้อมกันได้ด้วย สภาวะนี้เรียกว่าซูเปอร์โพซิชัน (superposition) และเมื่อวัดค่า คิวบิตจะกลายเป็น 0 หรือ 1 เพียงค่าเดียว
อีกคำที่พบบ่อยคือเอนแทงเกิลเมนต์ (entanglement) ไอบีเอ็มนิยามว่าเป็นความสามารถของคิวบิตในการโยงสถานะของตัวเองกับคิวบิตอื่น เมื่อคิวบิตถูกโยงกัน การวัดตัวหนึ่งอาจให้ข้อมูลเกี่ยวกับตัวอื่นได้ เมื่อรวมคิวบิตหลายตัว เครื่องจะมีพื้นที่คำนวณขนาดใหญ่ที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปทำแบบเดียวกันไม่ได้
ข้อนี้ไม่ได้แปลว่าควอนตัมเร็วกว่าในทุกงาน ไอบีเอ็มระบุว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปยังคาดว่าจะเป็นคำตอบที่ดีที่สุดสำหรับงานส่วนใหญ่ และคอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่เหมาะกับทุกปัญหา หรือแม้แต่ปัญหาส่วนใหญ่ ภาพที่ถูกต้องกว่าคือเครื่องเฉพาะทางที่เก่งกับโจทย์บางแบบ ไม่ใช่เครื่องที่มาแทนโน้ตบุ๊กหรือโทรศัพท์
คอมพิวเตอร์ควอนตัมน่าจะเริ่มมีประโยชน์กับโมเลกุลและวัสดุก่อน
ไอบีเอ็มคาดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะมีประโยชน์ที่สุดกับการจำลองระบบทางกายภาพ เช่น โมเลกุลในวิชาเคมีและวัสดุศาสตร์ และการหารูปแบบหรือโครงสร้างในข้อมูล ทิศทางนี้ตรงกับงานของกูเกิล ซึ่งทดลองร่วมกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ (UC Berkeley) โดยรันอัลกอริทึมกับโมเลกุลขนาด 15 อะตอมและ 28 อะตอม ผลตรงกับวิธีเอ็นเอ็มอาร์ (NMR) แบบเดิม และให้ข้อมูลบางอย่างที่เอ็นเอ็มอาร์มักไม่ให้
กูเกิลเรียกการทดลองโมเลกุลนี้ว่า proof-of-principle หรือการพิสูจน์หลักการ และผลถูกตรวจเทียบกับข้อมูลเอ็นเอ็มอาร์ที่มีอยู่ กูเกิลเสนอแนวทางที่เรียกว่า 'molecular ruler' สำหรับการค้นหายาและวัสดุศาสตร์ เช่น พอลิเมอร์และส่วนประกอบแบตเตอรี่ ถ้าไปถึงจุดนั้นจริง ผลต่อผู้อ่านจะเป็นทางอ้อม คือยาและวัสดุใหม่ที่ถูกค้นพบเร็วขึ้น ไม่ใช่แอปที่เปิดใช้เองได้
กูเกิลบอกว่าคาดหวังการใช้งานที่เป็นประโยชน์มากขึ้นเมื่อขยายไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ข้อผิดพลาดได้เต็มรูปแบบ เป้าหมายถัดไปในแผนงานของกูเกิลคือหมุดหมายที่ 3 (Milestone 3) ได้แก่ คิวบิตเชิงตรรกะที่อยู่ได้นาน (long-lived logical qubit) ผลเรื่องความเร็ว 13,000 เท่าใช้คิวบิตจากชุดขนาด 105 คิวบิต
ระบบเข้ารหัสต้องเปลี่ยนก่อนเครื่องจะมาถึง
ผลกระทบที่ใกล้ตัวที่สุดคือความปลอดภัยของข้อมูล สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติสหรัฐ (National Institute of Standards and Technology หรือ NIST) เตือนว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจถอดรหัสที่ปกป้องความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัวของกิจกรรมออนไลน์เกือบทุกอย่างได้ NIST ระบุในประกาศปี 2567 ว่าผู้เชี่ยวชาญบางคนคิดว่าเครื่องแบบนี้อาจเกิดขึ้นภายในหนึ่งทศวรรษ
เพื่อรับมือ NIST ประกาศมาตรฐานการเข้ารหัสยุคหลังควอนตัม (Post-Quantum Cryptography) ฉบับสมบูรณ์ 3 ฉบับเมื่อวันที่ 13 ส.ค. 2567 ฉบับแรกคือ FIPS 203 (ML-KEM) ใช้เข้ารหัสทั่วไป ใช้กุญแจขนาดเล็กและทำงานเร็ว ฉบับที่สองคือ FIPS 204 (ML-DSA) ใช้เป็นลายเซ็นดิจิทัลสำหรับยืนยันตัวตน ฉบับที่สามคือ FIPS 205 (SLH-DSA) เป็นลายเซ็นดิจิทัลเช่นกัน แต่ใช้หลักคณิตศาสตร์คนละแบบ เพื่อเป็นตัวสำรองถ้า ML-DSA พบจุดอ่อน
ดัสติน มูดี (Dustin Moody) หัวหน้าโครงการของ NIST บอกว่า 'We encourage system administrators to start integrating them into their systems immediately' พร้อมระบุว่าไม่ต้องรอมาตรฐานชุดต่อไป หน้าโครงการของ NIST ยังระบุว่ามาตรฐานทั้งสามใช้งานได้และควรใช้ตั้งแต่ตอนนี้ NIST เลือกอัลกอริทึม HQC เมื่อปี 2568 เพื่อพัฒนาเป็นมาตรฐานต่อ และวางแผนเลิกใช้อัลกอริทึมที่เสี่ยงต่อควอนตัมในมาตรฐานของตนภายในปี 2578 โดยระบบเสี่ยงสูงต้องย้ายเร็วกว่านั้น
สำหรับผู้อ่านทั่วไป ข้อความของ NIST ส่งถึงผู้ดูแลระบบ งานเปลี่ยนระบบเข้ารหัสจึงอยู่ที่หน่วยงานและผู้ให้บริการที่เก็บข้อมูลของเรา เช่น ระบบที่ใช้ยืนยันตัวตนหรือส่งข้อมูลสำคัญ ผู้อ่านไม่ต้องลงมือทำอะไรเองในตอนนี้
ควรติดตามอะไรต่อ
เรื่องแรกคือการยืนยันผลของกูเกิล กูเกิลระบุว่าผลของ Quantum Echoes ตรวจซ้ำได้บนเครื่องเดียวกัน หรือเครื่องควอนตัมคุณภาพใกล้เคียงกัน ซึ่งเป็นจุดที่ต่างจากการสาธิตก่อนหน้า เช่น random circuit sampling ถ้ามีเครื่องอื่นทำซ้ำได้ ความน่าเชื่อถือของข้อกล่าวอ้างก็จะแน่นขึ้น
เรื่องที่สองคือความคืบหน้าของ Milestone 3 เพราะแผนของกูเกิลชี้ว่าการใช้งานที่เป็นประโยชน์จริงต้องรอคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ข้อผิดพลาดได้ เรื่องที่สามคือมาตรฐานของ NIST ที่ยังอยู่ระหว่างพัฒนา เช่น HQC เมื่อมาตรฐานครบ หน่วยงานและผู้ให้บริการจะมีทางเลือกมากขึ้นในการย้ายระบบเข้ารหัส
ที่มา: NIST (ประกาศมาตรฐานการเข้ารหัสยุคหลังควอนตัม 13 ส.ค. 2567 และหน้าโครงการ Post-Quantum Cryptography), กูเกิล (บล็อกประกาศ Quantum Echoes 22 ต.ค. 2568), ไอบีเอ็ม (หน้าอธิบาย Quantum Computing)
