Digital Ventures

Back to blog

เจ้าเครื่อง Quantum Computer หน้าตาเป็นอย่างไร ส่องดูกลไกเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในโลกตอนนี้

DIGITAL VENTURES มีนาคม 31, 2018 12:05 AM

20,966

หลังจากที่เราได้พูดถึงระบบ Quantum Computing ใน Blog “Quantum Computing อนาคตของคอมพิวเตอร์ จิ๋วระดับอะตอมแต่เร็วพลิกโลก” โดยเบื้องต้นไปแล้ว ซึ่งอาจทำให้หลายคนอยากเห็นหน้าตาของเครื่อง Quantum Computer ซึ่งเป็น Hardware ที่ใช้ในระบบ Quantum Computing ว่าเป็นอย่างไร แตกต่างจากคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะที่เราคุ้นชินขนาดไหน วันนี้เราจะพาไปรู้จักกับหน้าตาของ Quantum Computer เพื่อให้ทุกคนได้รู้จักและเข้าใจกลไกของเทคโนโลยีนี้มากยิ่งขึ้น

Quantum Computer ประกอบด้วยอะไรบ้าง

Quantum Computer ในปัจจุบันมีหน้าตาเหมือนกับตู้บรรจุคอมพิวเตอร์เมื่อหลายสิบปีก่อน โดยแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่ ตัวรับส่งข้อมูล ทำหน้าที่รับส่งข้อมูลระหว่างภายนอก กับชุดประมวลผล Qubit ซึ่งทำหน้าที่แบบเดียวกับ CPU ในคอมพิวเตอร์และสมาร์ทโฟนปัจจุบัน เพียงแต่มีประสิทธิภาพเหนือกว่าและต้องการการดูแลที่มากเป็นพิเศษ

ตัวรับส่งข้อมูลออกแบบให้ป้อนข้อมูลและแสดงผลเหมือนคอมพิวเตอร์แบบที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ โดยรับส่งข้อมูลที่ต้องการประมวลผลผ่านสายเชื่อมต่อกับชิป Qubit โดยตรง เพียงแต่ไม่สามารถอยู่ในส่วนเดียวกับชิป Qubit ได้ เนื่องมาจากคลื่นไฟฟ้าของส่วนแสดงผลอาจไปรบกวนการทำงานของ Qubit

ส่วนชุดประมวล Qubit จะถูกออกแบบเพื่อป้องกันสิ่งรบกวนที่ขนาดเล็กระดับอะตอม เริ่มตั้งแต่ตู้ที่ทำจากวัสดุป้องกันคลื่นโทรคมนาคม

ชั้นต่อมาของเครื่อง Quantum Computer เป็นห้องเก็บความเย็นที่ออกแบบมาป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีติดตั้งไฟส่องสว่าง แต่จะเปิดไฟเมื่อทำการซ่อมบำรุงเท่านั้น

เมื่อเข้ามาในห้องเก็บความเย็นแล้ว ส่วนประมวลผล Qubit จะถูกเก็บในปล่องยึดติดเพดานห้อยหัวลงมา ตัวปล่องทำจากวัสดุป้องกันรังสีหลายชั้นพร้อมระบบหล่อเย็นแยกอยู่ด้านในหลอด ซึ่งตัวระบบนี้จะทำอุณหภูมิไล่ตั้งแต่อุณหภูมิห้องไล่ระดับลงมาจนถึง 0.002 เคลวิน ซึ่งเป็นอุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ (Absolute Zero)

สำหรับตัวที่ทำความเย็นถูกออกแบบให้ครอบทับตัวชิปประมวลผลโดยตรง ส่วนสารที่ใช้ทำความเย็นคือฮีเลียมเหลว ซึ่งถูกออกแบบให้อยู่ในหลอดที่ปิดสนิทจึงดูแลรักษาได้ง่าย เมื่อตัวทำความเย็นหมดอายุการใช้งานก็เพียงแค่เปลี่ยนหลอด ไม่ต้องเติมฮีเลียมเหลวซึ่งเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์

การซ่อมบำรุง จะเริ่มจากการค่อยๆ ปล่อยอุณหภูมิภายในปล่องให้ใกล้เคียงอุณหภูมิห้องก่อน แล้วค่อยแกะปล่อง ซึ่งหน้าตาของชิป Qubit นั้น ไม่ต่างจากชิปประมวลผลซิลิคอนที่ใช้กันอยู่ปัจจุบันมากนัก ซึ่งทั้งระบบของเครื่อง Quantum Computer ตั้งแต่ตัวประมวลผลจนถึงตัวทำความเย็นจะใช้พลังงานราว 25 กิโลวัตต์ เมื่อเทียบกับ Super Computer ในปัจจุบันที่ใช้พลังงานหลักร้อยกิโลวัตต์ ก็นับว่าใช้พลังงานได้คุ้มค่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า

Qubit เปราะบางขนาดไหน ทำไมต้องปกป้องขนาดนี้

ตัวประมวลผล Qubit ที่มีขนาดเล็กในระดับอะตอมจะเริ่มทำงานอย่างเต็มประสิทธิภาพในสภาวะที่ไม่มีสิ่งรบกวนโดยเฉพาะสิ่งที่มีขนาดใกล้เคียงกับมัน รวมไปถึงคลื่นขนาดเล็กมากๆ ที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ซึ่งหากมีสิ่งรบกวนตัว Qubit เพียงเล็กน้อยก็จะแตกสลายทันที การออกแบบแต่ละชั้น จึงมีเป้าหมายเพื่อป้องกันสิ่งรบกวนต่างๆ ดังนี้

- ส่วนแสดงผลแยกออกจากห้องประมวลผลเพื่อป้องกันคลื่นไฟฟ้ารบกวนตัว Qubit

- ตู้ชั้นนอก ป้องกันคลื่นโทรคมนาคมต่างๆ

- ห้องเก็บความเย็น ช่วยควบคุมอุณหภูมิ ทำให้ระบบหล่อเย็นภายในชิ้นส่วนประมวลผลทำงานเต็มประสิทธิภาพ

- ปล่องที่ครอบชิ้นประมวลผล กันรังสีทุกชนิดไม่ให้เข้ามาสัมผัสกับระบบ บนสุดตั้งค่าอุณหภูมิห้องแล้วไล่ความเย็นลงมาเรื่อยๆ จนเย็นกว่าอวกาศระดับ Interstella ถึง 3 เท่า ส่วนปลายสุดจะเย็นเกือบถึงศูนย์สัมบูรณ์

- ปล่องครอบชิป Qubit อยู่ปลายสุดของชิ้นประมวลผล จะตั้งค่าอุณหภูมิไว้ที่ 0.002 เคลวิน ตัว Quantum เริ่มจะทำงานได้ดีที่สุดในภาวะความเย็นระดับใกล้เคียงศูนย์สัมบูรณ์ ทั้งเมื่อทำการประมวลผล อุณหภูมิจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว การแช่เย็นระดับนี้จึงช่วยถ่ายเทความร้อนออกจากระบบในเวลาเดียวกัน

อนาคตของ Hardware ใน Quantum Computer

การพัฒนา Quantum Computer เริ่มขึ้นราวๆ ปี ค.ศ. 2000 ตัวชิป Qubit ตัวแรกที่เรียกว่า QPU (Quantum Processor Unit) อยู่ที่ 4 Qubit แต่ปัจจุบัน มีแนวโน้มว่าตัว QPU จะรองรับ Qubit มากขึ้นถึง 10,000 Qubit เมื่อดูจากอัตราเร่งนี้ก็นับว่าเป็นนวัตกรรมที่พัฒนารวดเร็วมากทีเดียว

สำหรับการพัฒนาเพื่อให้ Quantum Computer เป็นสินค้าสำหรับผู้บริโภคอาจเป็นไปได้ยาก เพราะพื้นฐานการออกแบบอาจจะลำบากต่อการเคลื่อนย้ายในเวลานี้ แต่หากนำไปใช้จัดการระบบต่างๆ เบื้องหลังก็มีโอกาสที่จะเกิดขึ้นในเร็ววันนี้

เชื่อว่าหลายคนคงเห็นภาพและเข้าใจข้อจำกัดของ Quantum Computer กันมากขึ้นแล้ว ถึงแม้ว่าตอนนี้จะยังมีข้อจำกัดที่ทำให้การใช้งาน Quantum Computer ยังไม่เป็นที่แพร่หลายสำหรับคนทั่วไปในปัจจุบันนี้มากนัก แต่เชื่อว่านักพัฒนาจะสามารถพัฒนาเทคโนโลยีชนิดนี้ออกมาเพื่อแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่เกิดขึ้นในปัจจุบันได้อย่างแน่นอน ในโอกาสหน้า Digital Ventures จะนำเนื้อหาที่น่าสนใจเกี่ยวกับ Quantum Computer มาให้ทุกคนได้อัพเดทกันอีกที่ Blog ของเรา

ขอขอบคุณข้อมูลจาก

engadget.com

futurism.com

gizmodo.com

digitaltrends.com

top500.org

dwavesys.com

ขอขอบคุณรูปภาพจาก https://www.dwavesys.com