นักวิจัยสหรัฐฯ พบสถานะสสารใหม่สำหรับยืดเวลาคำนวณในระบบควอนตัมคอมพิวเตอร์

กลุ่มนักวิจัยที่ได้รับเงินสนับสนุนการวิจัยจากมูลนิธิไซมอนส์ (Simons Foundation) ในนิวยอร์ก ประเทศสหรัฐอเมริกา แถลงการณ์ค้นพบสถานะสสารแบบใหม่ที่เสมือนว่ามีการเปลี่ยนแปลงในเชิงมิติของเวลา 2 มิติซ้อน (2 Time Dimension) ซึ่งส่งผลให้อะตอมสามารถคงสภาพทางควอนตัมได้นานกว่าเดิมกว่า 3 เท่า ด้วยวิธีการส่งสัญญาณซ้ำที่อิงจากลำดับฟิโบนักชี (Fibonacci’s Sequence) ซึ่งช่วยลดความผิดพลาดในการคำนวณของหน่วยประมวลผลได้

คิวบิต (Qubit) คือ อะตอมที่อยู่ในหน่วยประมวลผลของควอนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum Computer) ซึ่งจะมีสถานะทับซ้อน (Superposition) ซึ่งเก็บค่าข้อมูลระหว่าง 0 กับ 1 ต่างจากหน่วยประมวลผลปกติที่จะเก็บข้อได้แค่ 0 หรือ 1 เท่านั้น ซึ่งหมายถึงคิวบิต (Qubit) จะรับข้อมูลและประมวลผลได้มากกว่าในเวลาที่เร็วกว่า อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่ท้าทายการทำงานของระบบคือสถานะทางควอนตัมที่อยู่ได้ไม่นานจากปัจจัยความไม่เสถียร ซึ่งทำให้ความผิดพลาดในการทำงานเกิดขึ้นได้ง่าย 

คิวบิต (Qubit) จะเกิดขึ้นเมื่อมีการยิงแสงเลเซอร์ (Laser) เข้าไปในระบบ ซึ่งปัญหาที่ผ่านมาคือระยะเวลาของสถานะที่ยังคงเป็นคิวบิตเพื่อใช้ประมวลผลนั้นอยู่ได้เพียง 1.5 วินาที ในการทดสอบของทีมวิจัยนี้ แต่ก็ยังไม่เพียงพอ เพราะทำให้ต้องสร้างสัญญาณเลเซอร์อยู่เรื่อย ๆ จากการสูญเสียพลังงานในระบบไปอย่างรวดเร็ว ทีมนักวิจัยจึงเปลี่ยนมุมมองการสร้างสถานะสารอะตอม จากเดิมจะส่งสัญญาณเป็นคาบเวลาซ้ำ (Pulse) เป็นการส่งสัญญาณซ้ำในรูปแบบลำดับฟิโบนักชี (Fibonacci’s Sequence: 1,1,2,3,5,...) ในรูปแบบของสัญญาณแทน

การเปลี่ยนแปลงจังหวะการยิงเลเซอร์ทำให้เกิดผลึกแบบควอไซล์คริสตัล (Quasicrystal) ซึ่งมีสมมาตรเชิงเวลา (Time Symmetry) ที่หมายถึงการเคลื่อนที่ภายในระบบจะใช้ระยะเวลาเท่ากันแม้ว่าจะเริ่มต้นที่เวลาต่างกัน ต่างจากแบบเดิมที่เป็นสมมาตรเชิงโครงสร้าง (Structural Symmetry) ซึ่งหมายถึงมีโครงสร้างย่อยที่ซ้ำกัน (Patterning) เช่น เกล็ดหิมะ รังผึ้ง โดยผลึกนี้เป็นผลึกที่นักวิจัยได้สร้างออกมาให้เสมือนมี 5 มิติ โดยมี 4 มิติ กว้าง ยาว ลึก และมิติเวลาตามกฎสัมพัทธภาพ และมิติเวลาซ้อนขนานเป็นมิติที่ 5 เพิ่มเติมขึ้นมา

โดยสรุป ผลึก 5 มิติชนิดนี้จะสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงเวลาทับซ้อน ส่งผลให้คิวบิต (Qubit) สามารถคงสถานะทางควอนตัมได้เป็นระยะเวลา 5.5 วินาที ซึ่งมากกว่าเดิมถึง 3 เท่า เวลาที่มากขึ้นก็ทำให้มีช่วงเวลาที่ระบบภายในเสถียรและปัจจัยอื่น ๆ ไม่ส่งผลกระทบต่อสถานะนี้ โดยในการทดสอบนี้ใช้ระบบคอวนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum Computer) ที่มีคิวบิต (Qubit) ทั้งหมด 10 ตัว 

เป้าหมายการวิจัยในครั้งนี้เป็นการพัฒนาการเก็บข้อมูลเชิงควอนตัม (Quantum Information) ทั้งในเชิงคุณภาพ ปริมาณข้อมูลที่รองรับ และระยะเวลาในการจัดเก็บ ฟิลิป ดูมิเทรสคู (Philipp Dumitrescu) นักวิจัยนำ (Leading Author) ในงานวิจัยครั้งนี้มองว่าผลลัพธ์ในครั้งนี้จะนำพาความเปลี่ยนแปลงที่ไม่อาจคาดคิดได้ในวงการควอนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum Computer) ในอนาคต โดยเชื่อว่าประโยชน์ทางตรงที่เห็นได้ชัดที่สุดคือการคำนวณขั้นสูงเพื่อทำแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่สามารถใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ (Supercomputer) ดำเนินการได้ในปัจจุบัน หรือการส่งข้อมูลเข้ารหัสแบบควอนตัม (Quantum Encryption) แทนระบบเข้ารหัสในปัจจุบัน

ที่มาข้อมูล Interesting Engineering

ที่มารูปภาพ Simons Foundation