IBM และมหาวิทยาลัยชิคาโกสาธิต “Quantum Advantage” ที่ตรวจสอบได้เป็นครั้งแรก

แต่ความเร็วเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ เพราะคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานกับผลลัพธ์เชิงความน่าจะเป็น และระบบจริงก็มีสัญญาณรบกวนกับข้อผิดพลาดอยู่เสมอ การตรวจสอบว่าผลลัพธ์นั้นเชื่อถือได้จึงเป็นหนึ่งในโจทย์ยากที่สุดของวงการ โดยเฉพาะเมื่อการคำนวณมีความซับซ้อนจนคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมไม่สามารถจำลองซ้ำได้อย่างคุ้มค่า

IBM และมหาวิทยาลัยชิคาโกระบุว่า การออกแบบวงจรครั้งนี้ทำให้ทั้งสองเป้าหมายเกิดขึ้นพร้อมกัน คือวงจรจำลองได้ยากสำหรับคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม และยังมีโครงสร้างที่ช่วยตรวจจับข้อผิดพลาดของตัวเองได้

รายละเอียดการทดลองบนคิวบิตเชิงตรรกะ 70 คิวบิต

การทดลองหลักทำงานบนโปรเซสเซอร์ IBM Quantum Heron และมีตัวเลขสำคัญดังนี้

• เข้ารหัส คิวบิตเชิงตรรกะ 70 คิวบิต ด้วยวิธีแก้ไขข้อผิดพลาดแบบใหม่ ถือเป็นหนึ่งในการสาธิตระบบคิวบิตเชิงตรรกะที่ทนต่อข้อผิดพลาดขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่มีการรายงาน
• ดำเนินการ ประตูควอนตัมแบบสองคิวบิต 2,415 ครั้ง และ T gate 468 ครั้ง ซึ่งเป็นตัวชี้วัดความซับซ้อนของวงจร
• ทำการคำนวณเสร็จในเวลาประมาณ 15 นาที โดยทีมวิจัยระบุว่า วิธีจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมชั้นนำจะต้องใช้เวลาในระดับที่ไม่เหมาะสมต่อการใช้งานจริง
• ลดอัตราข้อผิดพลาดของคิวบิตเชิงตรรกะลงได้ประมาณ 10 เท่าเมื่อเทียบกับอัตราข้อผิดพลาดของคิวบิตกายภาพ

โจทย์ที่ใช้เป็นงานสุ่มตัวอย่างซึ่งออกแบบให้คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมจำลองได้ยาก แต่ยังเปิดช่องให้ตรวจสอบความเที่ยงตรงของผลลัพธ์ได้ ทีมงานเผยแพร่วงจรและผลการทดลองผ่าน Quantum Advantage Tracker ของ IBM พร้อมเชิญชวนนักวิจัยภายนอกให้ตรวจสอบหรือโต้แย้งผลลัพธ์อย่างเป็นอิสระ

“Spacetime code” ตรวจจับข้อผิดพลาดระหว่างคำนวณ

หัวใจสำคัญของการทดลองคือเทคนิคที่เรียกว่า spacetime code ซึ่งเป็นแนวทางที่มีโครงสร้างมากกว่าวิธี random circuit sampling หรือ RCS ที่ใช้ในการทดลอง quantum advantage ก่อนหน้านี้

ทีมวิจัยสร้างวงจรส่วนใหญ่จาก Clifford gate ซึ่งเป็นชุดประตูควอนตัมที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมจำลองได้ค่อนข้างมีประสิทธิภาพ และช่วยรองรับการตรวจจับข้อผิดพลาด จากนั้นจึงแทรก T gate ซึ่งเป็นการดำเนินการที่จำเป็นต่อการคำนวณควอนตัมแบบสากล เข้าไปในตำแหน่งที่ออกแบบไว้อย่างระมัดระวัง โดยยังรักษาความสามารถในการตรวจจับข้อผิดพลาดของโครงสร้าง Clifford ไว้ได้

ผลที่ได้คือระบบสามารถตรวจจับข้อผิดพลาด ระหว่างที่การคำนวณกำลังดำเนินอยู่ แทนที่จะปล่อยให้คำนวณเสร็จแล้วค่อยพึ่งคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมมาตรวจสอบภายหลัง

ทีมวิจัยคำนวณค่าขอบเขตล่างของความเที่ยงตรง หรือ fidelity ได้ที่ 0.284 ด้วยระดับความเชื่อมั่นทางสถิติ 95% โดยระบุว่านี่เป็นครั้งแรกที่การทดลอง quantum advantage ให้ขอบเขตความถูกต้องที่รับประกันได้ในเชิงคณิตศาสตร์

อย่างไรก็ตาม วิธีตรวจสอบนี้มีต้นทุนสูงมาก จำนวนรอบการทดลองทั้งหมดเพิ่มขึ้นเป็น 860 เท่า เมื่อเทียบกับการรันตามปกติ และมีเพียงประมาณ 28% ของรอบการทดลอง ที่ผ่านตัวกรองตรวจจับข้อผิดพลาด ภาระดังกล่าวจึงเป็นความท้าทายสำคัญ หากต้องการขยายวิธีนี้ไปสู่การใช้งานจริงในระดับอุตสาหกรรม

ประกาศเดียวกัน แต่มีงานวิจัย 3 ชิ้น

การประกาศเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคมประสานกับพรีพรินต์ 3 ฉบับที่เผยแพร่บน arXiv ระหว่างวันที่ 27–28 กรกฎาคม โดยแต่ละฉบับใช้แนวทางต่างกันเพื่อสร้างความเชื่อมั่นต่อการคำนวณควอนตัมที่เกินขอบเขตการจำลองอย่างน่าเชื่อถือของคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม

• IBM และมหาวิทยาลัยชิคาโก: ผลงานหลักด้านวงจรเชิงตรรกะและการตรวจสอบความเที่ยงตรงที่กล่าวถึงในบทความนี้
• IBM และ Qedma Quantum Computing: ใช้ซอฟต์แวร์ลดผลกระทบจากข้อผิดพลาด QESEM ของ Qedma เพื่อสังเกตพลวัตที่คงอยู่เป็นเวลานานบนระบบขนาดสูงสุด 74 คิวบิต พร้อมเปรียบเทียบกับการจำลองจาก RIKEN และ BlueQubit รวมถึงการตรวจสอบฮาร์ดแวร์บนระบบของ Quantinuum
• IBM และ Algorithmiq: สาธิตการคำนวณเพื่อจำลองวัสดุควอนตัมแบบผสม ซึ่งเป็นโจทย์ที่อยู่ใน Quantum Advantage Tracker มานาน 8 เดือน

นักวิจัยภายนอกตั้งข้อสังเกตว่า พรีพรินต์ของ Qedma และ Algorithmiq ไม่ได้ประกาศอ้าง quantum advantage อย่างชัดเจนด้วยตัวเอง แต่ระบุว่าการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมทำได้ยาก นอกจากนี้ งานวิจัยทั้ง 3 ฉบับยังเป็น พรีพรินต์ที่ผ่านการเผยแพร่บน arXiv แต่ยังไม่ได้รับการพิจารณาโดยผู้ทรงคุณวุฒิ

ข้อควรระวัง: ผลลัพธ์ยังต้องผ่านการท้าทายจากวงการ

เช่นเดียวกับคำกล่าวอ้างครั้งใหญ่ในวงการควอนตัม ผลลัพธ์นี้ยังควรได้รับการตรวจสอบอย่างรอบคอบ Gil Kalai นักวิจารณ์ควอนตัมคอมพิวติ้งที่ติดตามประเด็นนี้มานาน เตือนว่าสัญญาณรบกวนอาจยังส่งผลกระทบต่อผลการทดลองได้

นอกจากภาระการทดลองที่เพิ่มขึ้น 860 เท่าแล้ว โจทย์ที่ใช้ยังถูกออกแบบมาโดยเฉพาะให้ตรวจสอบได้ การขยายแนวทางดังกล่าวไปยังปัญหาที่มีคุณค่าทางธุรกิจหรือการใช้งานจริงจึงยังเป็นคำถามเปิดที่สำคัญ IBM ระบุว่าได้เปิดเผยข้อมูลและวิธีการอย่างเป็นสาธารณะ พร้อมเชิญชุมชนนักวิจัยให้ตรวจสอบและหักล้างผลลัพธ์ได้อย่างอิสระ

ซีอีโอ IBM คาดควอนตัมเริ่มสร้างผลต่อธุรกิจในปี 2028–2029

ในวันเดียวกับการประกาศทางเทคนิค Arvind Krishna ซีอีโอ IBM ให้สัมภาษณ์รายการ Mad Money ของ CNBC ถึงผลกระทบเชิงพาณิชย์ของเทคโนโลยีนี้

Krishna กล่าวว่า ควอนตัมคอมพิวติ้งจะเริ่มสร้าง “ผลกระทบที่วัดผลได้” ต่อรายได้และกำไรของ IBM ภายในปี 2028 หรือ 2029 นอกจากนี้ เขายังกล่าวว่า IBM “ค่อนข้างมั่นใจ” ว่าควอนตัมคอมพิวติ้งอาจสร้างมูลค่าได้ถึง 1 ล้านล้านดอลลาร์ภายในช่วงปลายทศวรรษ 2030

คำคาดการณ์ดังกล่าวสอดคล้องกับแผนลงทุนขนาดใหญ่ของบริษัท โดย IBM ประกาศเมื่อเดือนมิถุนายน 2026 ว่าจะลงทุน มากกว่า 1 หมื่นล้านดอลลาร์ในควอนตัมคอมพิวติ้งตลอด 5 ปีข้างหน้า ครอบคลุมการวิจัยและพัฒนา การผลิตฮาร์ดแวร์ การแก้ไขข้อผิดพลาด ซอฟต์แวร์ และความร่วมมือในระบบนิเวศ

บริษัทยังระบุว่ายังคงเดินหน้าตามแผนเพื่อส่งมอบคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบทนต่อข้อผิดพลาดขนาดใหญ่ภายในปี 2029 ขณะเดียวกัน โรงงานผลิตชิปควอนตัมแบบแยกอิสระที่วางแผนไว้ได้รับการสนับสนุนบางส่วนจากคำมั่นเงินทุน 1 พันล้านดอลลาร์ของกระทรวงพาณิชย์สหรัฐฯ

ก้าวสำคัญ แต่ยังไม่ใช่เส้นชัย

หากผลการทดลองผ่านการพิจารณาโดยผู้ทรงคุณวุฒิและการตรวจสอบจากนักวิจัยอิสระ ความสำเร็จนี้อาจกลายเป็นหลักฐานที่น่าเชื่อถือที่สุดจนถึงขณะนี้ว่า ฮาร์ดแวร์ควอนตัมกำลังข้ามพ้นระดับการสาธิตแนวคิดไปสู่การใช้งานที่มีประโยชน์จริง

จุดเด่นของงานไม่ได้อยู่ที่การคำนวณได้เร็วเพียงอย่างเดียว แต่อยู่ที่การผสาน โจทย์ที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมจำลองได้ยาก เข้ากับ หลักฐานทางสถิติที่บอกได้ว่าผลลัพธ์มีความเที่ยงตรงในระดับใด ซึ่งตอบโจทย์ปัญหาเรื่องความน่าเชื่อถือที่ตามหลอกหลอนคำกล่าวอ้าง quantum advantage มาตั้งแต่การทดลอง Sycamore ของ Google ในปี 2019

อย่างไรก็ดี ข้อจำกัดยังชัดเจน ทั้งภาระการตรวจสอบที่สูง โจทย์ที่ถูกออกแบบมาให้ตรวจสอบได้โดยเฉพาะ และสถานะงานวิจัยที่ยังเป็นพรีพรินต์ ดังนั้น ข่าวนี้จึงควรถูกมองว่าเป็นหมุดหมายสำคัญของการทำให้ควอนตัมคอมพิวติ้ง “ตรวจสอบได้และน่าเชื่อถือขึ้น” มากกว่าจะเป็นคำประกาศว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมพร้อมแทนที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในทุกงานแล้ว