ใครสนใจเรื่อง Quantum Computer บ้าง เชิญๆๆ

[Yookung]

ในปัจจุบันแล้วถึงระบบ Computer จะก้าวหน้าไปเยอะถึงขนาดที่จะคำนวณและเก็บข้อมูลขนาดมากๆ ได้ในเวลาไม่นาน แต่ก็ยังไม่เพียงพอที่จะนำมาใช้ในการคำนวณการถอดรหัส เช่น การถอดรหัสพันธุกรรม หรือ การถอดรหัสต่าง ๆ อีกมากมายซึ่งจะใช้เวลานานมากซึ่งบางทีอาจจะถึง 100 ปีขึ้นไปเลยทีเดียวจึงมีผู้คิดพัฒนา Quantum Computer ขึ้นมาซึ่งการทำงานของ Quantum Computer สามารถคำนวณในระดับ Bit ได้ในครั้งเดียว เช่น จะถอดรหัสขนาด “XXX” ซึ่งถ้าเป็น Computer ที่ใช้กันตามบ้านทั่วไปจะใช้เวลาการถอดรหัสถึง 2n แต่ถ้าใช้ Quantum Computer จะใช้เวลาเพียง n เท่านั้นมีนักวิทยาศาสตร์เคยตั้งสมมุติฐานว่า ถ้าคำนวณข้อมูลขนาด 250 บิต Computer ทั่วไปจะใช้เวลาคำนวณถึง 100 ปี แต่ Quantum Computer สามารถคำนวณโดยใช้เวลาไม่เกิน 4 นาที เท่านั้นซึ่งมีประโยชน์มากถ้านำมาใช้ในวงการแพทย์หรืออื่นๆ แต่ทั้งนี้ ก็ยังมีผลเสียที่ทวีคูณเช่นกัน โดยบรรดาเหล่านักเจาะระบบต่างๆ จะนำ Quantum Computer ไปเจาะรหัสเพื่อที่จะขโมยข้อมูลต่างๆ ได้ง่ายด้วยเช่นกัน ทำให้ในปัจจุบัน Quantum Computer เป็นเรื่องที่น่าสนใจยิ่งขึ้น

**Hidden Content: To see this hidden content your post count must be 2 or greater.**

ติดตามตอนต่อไปเด้อ !! ใครมีรัยเพิ่มเติมก็แบ่งได้ครับ !!

[Yookung]

เอานิยามของ Quantum Bits มาฝากครับ
เป็นที่รู้กันว่าการทำงานของคอมพิวเตอร์จริง ๆ แล้วก็คือการประมวลผล "Binary Digit" หรือ bit ซึ่งเป็นพื้นฐานที่สุดที่ใช้บอกสถานะการทำงานและข้อมูล ข้อมูล 1 bit มีสองสถานะ คือ "0" กับ "1" ตามนิยามของเลขฐานสอง ในกรณีของ quantum computing จะใช้สถานะของอนุภาคเป็นตัวแทนของ bit แต่เนื่องจาก coherent superposition อนุภาคตัวเดียวจึงแทนได้ทั้งสถานะของ 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน ทำให้สามารถ encode อนุภาคนั้นให้เป็นทั้ง 0 และ 1 ได้ในครั้งเดียว เรียกอนุภาคที่เป็นตัวแทนข้อมูลที่มีสองสถานะนี้ว่า "quantum bit" หรือ "qubit" ใน information theory กล่าวไว้ว่าเมื่อเอาหลาย ๆ bits มาต่อกันก็จะสามารถแทนสถานะหรือข้อมูลได้หลายรูปแบบมากขึ้น อย่างเช่น register ขนาด 3 bits จะสามารถแทนได้ 8 สถานะเป็นต้น อย่างไรก็ตามในขณะเวลาหนึ่งจะมีเพียงสถานะเดียวปรากฏอยู่ใน register นั้น แต่ถ้าเปลี่ยน 3-bit register เป็น 3-qubit register จะกลายเป็นว่าในขณะเวลาหนึ่งจะมีทั้ง 8 สถานะปรากฏอยู่เพราะแต่ละ qubit เป็นทั้ง 0 และ 1 ในขณะนั้น ดังนั้น register ขนาด n qubits จะสามารถเก็บข้อมูลได้ 2n ตัวในครั้งเดียว ซึ่งต่างจาก computer ธรรมดาและต่างจาก parallel computing ที่รู้จักกัน เพราะ parallelism ใน quantum computing เกิดขึ้นตั้งแต่หน่วยที่เล็ก ที่สุดในการประมวลผล การทำงานจึงเป็นแบบขนานตั้งแต่ qubit การประมวลผลเพียงครั้งเดียวกับ qubit register จะเป็นการประมวลผลข้อมูลทั้งหมดที่มีอยู่ใน qubit register นั้น เปรียบเทียบ n-qubit quantum computer กับ n-bit computer ซึ่ง n-qubit quantum computer ประมวลผล ข้อมูล 2n ตัวในครั้งเดียว ในขณะที่ n-bit computer ต้องประมวลผล 2n ครั้ง หรือใช้ computer 2n ตัวช่วยกันประมวลผล ยิ่ง n มากเท่าไร quantum computer ยิ่งได้เปรียบเพราะเพิ่มขึ้นแบบ exponential

[akira]

เรื่องนี้เป็นเรื่องที่น่าสนใจมากครับ เนื่องจากเป็นการบูรณาการศาสตร์ทางฟิสิกส์ที่เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมเข้ากับเทคโนโลยีสารสนเทศ และระบบการประมวลผล แต่เรื่องนี้ยังไงมันก็ยังเป็นเรื่องยากของคนที่เรียนต่างสาขาวิชาในการทำความเข้าใจสาขาอื่น เช่นกลศาสตร์ควอนตัมตามปกติ ก็ไม่ใช่ว่านักฟิสิกส์สาขาอื่นจะเข้าใจ เนื่องจากมีคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนพวงใหญ่เกินกำลังคนจะคำนวณ หรือต่อจะให้นักคณิตศาสตร์มาดูเขาก็อาจจะไม่เข้าใจนิยามของฟังก์ชั่นคลื่น หรือนักฟิสิกส์ก็ที่ออกแบบอัลกอลิทึ่มสำหรับการคำนวณเชิงควอนตัม หรือสร้างซอฟท์แวร์ได้ก็อาจจะไม่เข้าใจถึงขีดจำกัดทางด้าน โซลิดสเตท ที่ใช้ทำฮาร์ดแวร์ หรือไม่เข้าใจถึงโครงสร้างสามมิติของโมเลกุลสารอินทรีย์ที่ขับเคลื่อนวงจรไฟฟ้า
ในตอนแรกที่ท่าน Programure ให้ผมช่วยขยายความเรื่องนี้ ผมก็ลองไปแปลบทความในหนังสือ แปลไปแล้วก็ติดเรื่องคำศัพท์ และ เรื่องความเข้าใจที่ถูกต้องในเรื่องนั้นๆทำให้ต้องค้นข้อมูลเพิ่มไปเรื่อยไม่เสร็จซะที กลัวเดี๋ยวท่านจะเสียใจ น้อยใจที่อุตสาหะตั้งกระทู้นี้ขึ้นมาแล้วไม่มีคนสนใจ

วันนี้ได้หาการบรรยายที่เกี่ยวกับเรื่องนี้ ที่เผยแพร่โดย กูเกิ้ลเทคทอล์ค (Google TechTalks) เป็นการบรรยายเกี่ยวกับ ควอนตัมคอมพิวเตอร์ ถึงสามวัน สามชั่วโมงกว่าๆ

**Hidden Content: To see this hidden content your post count must be 1 or greater.**

Padawan ท่านใดมีความสนใจ หรือเชี่ยวชาญด้านใดบ้าง ก็แสดงตัวได้เลยครับ โพสต์ได้เต็มที่

[Dino]

เรื่อง quantum computing เนี่ย ผมเองก็ติดตามมานานแล้วครับ ปัญหาทางทางทษ. หลักเลยคือเรื่องหลักของความไม่แน่นอน ของไฮเซ็นเบิร์ก ทำให้ผมเชื่อว่าคงจะทำให้เกิดขึ้นจริงไม่ได้ครับ หรือถ้าจะเกิดขึ้นจริง ก็ต้องมีเครื่องมือวัดที่แม่นยำในระดับที่เล็กกว่าอนุภาคเกิดขึ้นมาเสียก่อนครับ เ พราะถ้าเราวัดมันได้ไม่แม่นยำซะแล้ว ถามต่อไปว่าเราจะเชื่อผลที่คำนวณออกมาได้หรือครับ?

ทั้งนี้ทั้งนั้น เป็นความเห็นส่วนตัวนะครับ ผมไม่ใช่นักฟิสิกษ์แต่อย่างใด

[Yookung]

History of Quantum Cryptography
ในช่วงศตวรรษที่ 1830 - เครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องแรกถูกสร้างขึ้นโดย Charles Babbage เป็นเครื่องจักรไอน้ำขนาดใหญ่ที่สามารถโปรแกรมการทำงานได้ร้อยกว่าปีถัดมาในสมัยสงครามโลกครั้งที่สอง Alan Turing เปลี่ยนแนวคิดของ Babbage ให้กลายเป็นทฤษฎี พื้นฐานของการประมวลผลข้อมูลที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ปัจจุบันในช่วงเวลาเดียวกัน Claude Shannon คิดค้น information theory ขึ้นมาเป็นตัวรองรับการประมวลผลข้อมูลโดยใช้คอมพิวเตอร์ Turing, Shannon และ John Von Neumann ร่วมกันสร้าง ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator ซึ่งถือว่าเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ electronic เครื่องแรกของโลก ทำงานโดยพื้นฐานของ logic '0' และ '1' โดยอาศัยหลอดสุญญากาศเป็นสื่อแทนค่า 0/1 ในปี 1960 หลอดสุญญากาศก็ถูกแทนที่ด้วย transistor ต่อมาไม่นานก็มีการยุบ transistor หลาย ๆ ตัวรวมเป็นแผ่นวงจร ทุกวันนี้สามารถบรรจุ transistor หลายล้านตัวอยู่ในแผ่นวงจรรวมขนาดไม่กี่ตาราง มิลลิเมตร ก็ 0.18 micron technology ถ้ายังคงย่อขนาดลงไปเรื่อยๆ สุดท้ายคงจะต้องสร้าง logic gate จากอะตอมหรืออนุภาคไม่กี่ตัว ปัจจุบันอาจจะสร้าง gate แบบได้โดย nanotechnology แต่ด้วยขนาดที่เล็ก หมายถึงกำลังเดินข้ามขีดจำกัดของฟิสิกส์ คุณสมบัติของ logic gate จะต่างจาก gate ทั่ว ๆ ไป นักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่าในระดับอนุภาค ปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นยากที่จะใช้ฟิสิกส์ทั่วไปมาทำนายได้ แต่ก็ยังมีแขนงวิชาหนึ่งที่สามารถทำนายปรากฏการณ์ในโลกระดับ sub-atomic ได้นั่นก็คือ "quantum mechanics" ซึ่งเป็นที่มาของ "Quantum computing" 1




Quantum cryptography >>> click

**Hidden Content: To see this hidden content your post count must be 3 or greater.**

[Dino]

History of Quantum Cryptography
encode 0/1 ลงในอนุภาคแล้วส่งอนุภาคนั้นไปให้ B
[/b]

ปัญหามันอยู่ที่ว่า จะ "ส่ง" อนุภาคไปให้นาย B ได้อย่างไร โดยไม่ถูกรบกวนกลางทางซะก่อนหน่ะซิครับ โลกมันกว้างกว่าห้องทดลอง ผมยังนึกไม่ออกเลยจะส่งไปให้อีท่าไหน?

แต่ idea นี่ดีมาก เพราะว่าประยุกต์ืทษ. หลักความไม่แน่นอนมาใช้ได้อย่างเป็นรูปธรรมที่สุด เพราะว่า photon มันเล็กซะจนไม่มีทางที่เราจะไปวัด/แตะต้อง/อ่านค่า มันได้ โดยที่ไม่มีการรบกวนสถานะของมันเลย ดังนั้น แต่คุณพยายามอ่านมัน ค่ามันก็เปลี่ยนไปแล้วครับ

[akira]

ส่งผ่านโฟตอนครับ ด้วย quantum teleportation

**Hidden Content: To see this hidden content your post count must be 1 or greater.**

[Yookung]

Quantum teleportation คือ การเคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างอะตอมแบบไร้สัมผัส

**Hidden Content: To see this hidden content your post count must be 2 or greater.**

[Yookung]

Building Quantum computers

**Hidden Content: To see this hidden content your post count must be 5 or greater.**

[Yookung]

Potocal ปัจจุบันนี้มีโปรโตคอลต่าง ๆ จำนวนมาก แต่ก็มีเพียง 2-3 โปรโตคอลเท่านั้นที่นำมาศึกษาทดลอง นั่นคือ
BB84 protocol หรือ 4- State protocol ซึ่งเสนอโดย Bennett และ Brassard ในปี ค.ศ 1984 ที่ใช้สมบัติการมีโพลาไรเซชั่นของโฟตอนเดี่ยวและหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ( Heisenberg Uncertainty Principle ) เป็นแกนหลักในการรักษาความปลอดภัยของระบบ
B92 Protocol ซึ่งเสนอโดย Bennett ในปี 1992 เช่นเดียวกับ BB84 แต่ใช้สถานะ ของโฟตอนในการสร้างและส่งรหัสเพียง 2 สถานะ
EPR protocol เสนอโดย Ekert ในปี 1991 การรักษาความปลอดภัยของระบบอาศัยความสัมพันธ์ของอนุภาคคู่ตามสมมุติฐานของไอสไตน์ที่เสนอไว้ในปี 1935 B92 และ EPR protocol แหล่งกำเนิดสามารถกำเนิดโฟตอนเดี่ยวได้จริง ดังนั้นจะมีจำนวนโฟตอนเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่ถูกเข้ารหัสทางควอนตัมในแต่ละครั้งของการส่งสัญญาณ จึงทำให้มั่นใจได้ 100 % ว่าสามารถตรวจพบบุคคลอื่นที่ลักลอบเข้ามาในระหว่างการสื่อสาร แต่ทั้งสองโปโตคอลมีข้อจำกัดคือ อัตราการส่งสัญญาณที่ต่ำ อีกทั้งเครื่องตรวจวัดโฟตอนเดี่ยว Ge-PAD ( Ge-Avalanche Photodetector ) ยังไม่ได้รับการพัฒนา โดยต้องการการทำงานที่อุณหภูมิประมาณ 37 K และมี
ประสิทธิภาพในการตรวจจับโฟตอนเดี่ยวเพียงประมาณ 10 % จึงไม่เหมาะกับการทำงานในสภาวะแวดล้อมจริง ซึ่งตรงข้ามกับ BB84 Protocol ที่เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องได้รับการพัฒนาเป็นอย่างมากโดยเฉพาะ Si-Sing-Photon Avanlanche Photodetector ที่ใช้เป็นตัวตรวจจับโฟตอนเดี่ยวได้รับการพัฒนาขึ้นอย่างมาก ทั้งทางด้านประสิทธิภาพในการตรวจจับโฟตอนเดี่ยว (  50 % ) และการทดลองของสัญญาณรบกวน ( Dark Count Rate ) ทำให้ระบบควอนตัมคริปโตกราฟฟีตามแบบ BB84 ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง4,5,6
ในปัจจุบันนี้ได้มีงานวิจัยที่บ่งชี้ว่าควอนตัมคริปโตกราฟฟีไม่จำกัดอยู่แต่เฉพาะผู้รับและผู้ส่งเพียงสองคนเท่านั้นแต่สามารถกระจายการสื่อสารเป็นระบบเครือข่าย และไม่จำกัดอยู่แต่เฉพาะการสื่อสารบนภาคพื้นดินเท่านั้น โดยทีมนักวิจัยที่ Los Alamos Nation Laboratory ได้ประสบผลสำเร็จในการสร้างระบบควอนตัมคริปโตกราฟฟีติดต่อสื่อสารระหว่างภาคพื้นดินกับดาวเทียมเมื่อเร็ว ๆ นี้ แต่อย่างไรก็ตาม การศึกษาวิจัยเกี่ยวกับ ควอนตัมคริปโตกราฟฟียังเป็นเพียงการเริ่มต้นและต้องอาศัยความรู้ประกอบในหลายสาขาวิชาด้วยกัน