สี่สิบปีไอทีควอนตัม - 40th Anniversary Quantum IT@2021 - “สถานะควอนตัมคือทรัพยากรข่าวสาร”
หลังจากที่ ริชาร์ด ฟายน์แมน (Richard Feynman) นำเสนอแนวคิดในงานประชุมวิชาการด้านการคำนวณเชิงฟิสิกส์ (the Physics of Computation Conference) เมื่อวันที่ ๖ - ๘ พฤษภาคม พ.ศ.๒๕๒๔ สาขาไอทีแห่งอนาคตสาขาใหม่นี้จึงได้ถือกำเนิดและมีพัฒนาการมาอย่างต่อเนื่อง โดยมีอายุถึงสี่สิบปีแล้ว ณ ปี พ.ศ.๒๕๖๔
โดยภูมิหลังจากการประชุมวิชาการเมื่อสี่ทศวรรษก่อนในครั้งนั้น แนวคิด “สถานะควอนตัม คือทรัพยากรข่าวสาร” ได้นำไปสู่บทความต้นกำเนิด อันเป็นแนวทางอันนำมาสู่การคำนวณเชิงควอนตัม (Quantum computing) ในเวลาต่อมาและต่อ ๆ มา นักวิทยาศาสตร์รุ่นถัดไปจึงได้ให้กำเนิดคำว่าคิวบิต (Qubit) หรือหน่วยไอทีควอนตัมเพื่อใช้แทนข่าวสารนั้น ๆ หลักการคำนวณควอนตัมจึงได้กำเนิดขึ้น แล้วเมื่อต่อยอดเป็น “flying qubit” หรือคิวบิตที่บินได้ (นัยคือเคลื่อนที่ได้นั่นเอง) การสื่อสารเชิงควอนตัมหรือต่อมาคือแขนงวิทยาการรหัสลับเชิงควอนตัม (Quantum Cryptogrphy - Quantum Key Distribution - QKD) จึงเกิดขึ้นตามต่อมา
สถานะเชิงควอนตัมคือ “ทรัพยากรข่าวสาร”
ปี พ.ศ. (ค.ศ.) - ลำดับเหตุการณ์สำคัญ
๒๕๒๐ (1977) - คำว่า “Quantum logic” หรือลอจิกเชิงควอนตัม นิยามครั้งแรกโดย ยูริ มานิน (Yuri Manin) ในหนังสือ “A course in mathematical logic”
๒๕๒๘ (1985) - รอล์ฟ ลานเดาเออร์ (Rolf Landauer) พิสูจน์ว่าทุกครั้งที่มีการลบข้อมูลจะต้องมีความร้อนขนาดหนึ่งเกิดขึ้นเสมออันเป็นความเชื่อมโยงระหว่างวิชาฟิสิกส์กับกระบวนการคำนวณ และริชาร์ด ไฟน์แมน (Richard Feynman) ตีพิมพ์ “คอมพิวเตอร์กลศาสตร์ควอนตัม" (quantum mechanical computers) รวมทั้ง เดวิด ดอยซ์ (David Deutsch) เสนอแนวคิดของคอมพิวเตอร์ควอนตัม
๒๕๓๖ (1993) - กำเนิดคำว่า “คิวบิต" (quantum bit: Qubit) หน่วยข่าวสารเชิงควอนตัมโดย เบนยามิน ชูมัคเกอร์ (Benjamin Schumacher) ในผลงานเรื่อง “การเข้ารหัสควอนตัม” (quantum coding)
(ประวัติย่อ) ไอทีควอนตัม (Quantum Information Technology)*
ตั้งแต่การกำเนิดโทรเลขเชิงแสง ณ ประเทศฝรั่งเศสช่วงต้นกรุงรัตนโกสินทร์ การสื่อสารโทรคมนาคมของโลกได้มีพัฒนาการต่อ ๆ มากว่าสองร้อยปีแล้ว เริ่มจากการอาศัยแสงสว่างแสดงซึ่งข่าวสารผ่านเสาส่งสัญลักษณ์ไปได้ระยะทางที่ไกล พัฒนามาสู่การประยุกต์ไฟฟ้าเพื่อแปลงเป็นสัญญาณส่งผ่านทางสายโลหะเป็นหลัก จนถึงพ่วงขยับสู่ยุคการสื่อสารไร้สายด้วยคลื่นความถี่วิทยุ กระทั่ง กลับมาร่วมกับแสงเลเซอร์ที่เป็นลำนำพาข่าวสารออกไปได้มากและรวดเร็วขึ้นต่ออีกด้วย โดยที่เทคโนโลยีสื่อสารเหล่านั้นเติบโตร่วมกับด้านการคำนวณที่ร่วมอารยธรรมมนุษย์มานานก่อนหน้าตั้งแต่การใช้อุปกรณ์เพื่อการนับ บันทึก และประมวลผลที่มีอยู่รอบตัวสู่ยุคการประดิษฐ์ใช้งานลูกคิด เครื่องคิดเลข คอมพิวเตอร์ และเครื่องคำนวณความเร็วสูงยิ่งในเวลาต่อ ๆ มา ทั้งสองเทคโนโลยีนี้ได้ทำให้โลกมีวิวัฒนาการอย่างรวดเร็วสืบเนื่องมา การสื่อสารและการคำนวณเหล่านั้นต่อมาได้เปลี่ยนผ่านและควบรวมมาจนถึงยุคข่าวสารเชิงดิจิทัล กำเนิดเป็นเทคโนโลยีสารสนเทศหรือไอที แล้วเติบโตแบบก้าวกระโดดกับโลกอินเทอร์เน็ตของการปฏิวัติอุตสาหกรรมยุค ๓.๐ ที่สำเร็จผลมาก่อนหน้านี้
ขณะเดียวกัน ได้มีความพยายามต่อยอดนำสถานะควอนตัมที่มนุษย์ค้นพบไปใช้เพื่อเป็นตัวกลางแทนค่าของข่าวสาร โดยความคิดเหล่านั้นตั้งอยู่บนพื้นฐานวิทยาการที่ก้าวหน้ามากขึ้นด้านการทับซ้อนเชิงควอนตัม (superposition) จึงทำให้เกิดการสร้าง “คิวบิต" (qubit) หรือหน่วยประเภทใหม่ของข่าวสารด้วยสถานะเชิงควอนตัมที่ซ้อนทับกันดังกล่าวขึ้น การนำคิวบิตนั้นมาใช้ประโยชน์แรกเป็นที่ประจักษ์อยู่กับงานด้านการคำนวณ นักวิทยาศาสตร์พบว่าสถานะเชิงควอนตัมที่ซ้อนทับมีนัยของข่าวสารทั้งหมดยังรวมกันอยู่ (ต่างจาก “บิต" ของคอมพิวเตอร์ทั่วไปที่มีเพียงสองค่าระดับแรงดันไฟฟ้า “ลอจิก" (logic) “0" หรือ “1" เท่านั้น) ดังนั้น การประมวลผลกระทั่งได้ผลลัพธ์อ่านค่าคำตอบสุดท้ายออกมาจึงจะสามารถกระทำได้ด้วยความเร็วที่สูงยิ่งยวดเป็นทวีคูณ (exponential) โดยที่คิวบิตศักยภาพสูงดังกล่าวสร้างได้จากอนุภาคประเภทต่าง ๆ ทั้งอะตอม ไอออน อิเล็กตรอน โฟตอน ฯ และเมื่อพิจารณาต่อกันว่า หากเคลื่อนย้ายข่าวสารบน คิวบิตนั้นไปยังตำแหน่งที่ห่างไกลจากเดิมได้ด้วยจะพึงเกิดเป็นการสื่อสารเชิงควอนตัมที่มีศักยภาพสูงได้อีกประโยชน์หนึ่ง กอปรวิทยาการด้านแสงและกลศาสตร์ควอนตัมได้ปรากฏมีแนวทางหนึ่งซึ่งโฟตอนหรือแสงถูกนำมาใช้เพื่อการศึกษาและเข้าถึงธรรมชาติพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมร่วมอยู่ด้วย โดยเฉพาะกับปรากฏการณ์สำคัญด้านความพัวพัน (entanglement) ของโฟตอนต่างสถานที่ ทำให้การสื่อสารเชิงควอนตัมด้วยคิวบิตประเภทที่เคลื่อนที่ได้ถือกำเนิดขึ้นในที่สุด การประยุกต์คิวบิตเพื่อทั้งการสื่อสารและการคำนวณดังกล่าวจึงเป็นการร่วมสร้างปฐมบทของเทคโนโลยีสารสนเทศหรือไอทีเชิงควอนตัมขึ้น และอาจะนำไปสู่การปฏิวัติทางเทคโนโลยีอีกครั้งใหม่และใหญ่มากกับอนาคตยุคอุตสาหกรรม ๔.๐ ได้เลยทีเดียว
สาขาไอทีควอนตัมได้ปรากฏตัวกับวงการอุตสาหกรรมพร้อมต้นแบบการประยุกต์จนถึงมีสินค้ากับสองแขนงหลักที่เป็นทางการแล้ว คือ ๑) การสื่อสารเชิงควอนตัม (quantum communication) สาขาที่นำพาให้หน่วยของข่าวสารคิวบิตเคลื่อนที่ไปได้โดยมีวิทยาการรหัสลับเชิงควอนตัม (quantum cryptography) เป็นเป้าหมายหลักด้านการสื่อสารปลอดภัย และ ๒) การประมวลผลเชิงควอนตัม (quantum computing) กับงานการคำนวณที่มีความเร็วเป็นทวีคูณต่อจำนวณของหน่วยข่าวสารคิวบิตที่สร้างขึ้นได้ในชื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัม (quantum computer) รวมทั้ง เกิดการขยายผลเป็นไอทีควอนตัมสาขาย่อยหรือคาบเกี่ยวอื่น ๆ ตามออกมาอีกมากด้วย อาทิ จำนวนสุ่มเชิงควอนตัม (quantum random generator) อุปกรณ์เชิงควอนตัม (quantum device & sensor) จนถึง ดาวเทียมควอนตัม (quantum satellite) เพื่อการทดลองทางวิทยาศาสตร์ เป็นต้น
ทว่า เริ่มคิดกันมาสี่สิบปีแล้ว ปีที่ COVID19 ระบาดใหญ่ (๒๕๖๔ - 2021) สาขานี้เพิ่งจะมาถึงเพียงแค่ระดับการโฆษณาชวนเชื่อเป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ “อย่าเพิ่งท้อ เร่งคิดเร่งทำกันต่อ จากรุ่นพ่อสู่ลูกหลานก็ทำไป”
…….
OQC academy by K Sripimanwat
(อ้างอิง)
ทบทวนประวัติศาสตร์ชุดเต็มได้จาก จดหมายเหตุวิทยาการแสงและไอทีควอนตัม (LQM)
“จดหมายเหตุวิทยาการแสงและควอนตัม” ๒๕๖๒
The 40-year anniversary of the Physics of Computation Conference 1981
........
