สรุป Key Takeaways จากงาน MEGA TECH FORUM 2022 by Techsauce ในหัวข้อ The Future is Closer Than You Think: Seize opportunities Today in Quantum Computing โดย Mr.Robert Loredo, IBM Quantum Ambassador Worldwide Lead

ทำไมต้องมีการใช้งาน Quantum Computing

อันดับแรกเราต้องทำความเข้าใจกันก่อนว่าความแตกต่างระหว่าง Quantum Computing กับการทำงานของคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกคืออะไร Quantum Computing ไม่ได้จะเข้ามาแทนที่ระบบคอมพิวเตอร์แบบที่มีอยู่ เรายังคงใช้งานเซนเซอร์และเก็บข้อมูลส่วนตัวในรูปแบบเดิม แต่ Quantum Computer จะทำหน้าที่ในการจัดการกับปัญหาหรืองานที่มีความซับซ้อน สามารถแบ่งให้เห็นภาพ ได้เป็น 3 กลุ่ม กลุ่มแรกคือการทำงานแบบง่าย ๆ ที่สามารถทำได้ผ่านทาง แล็ปท็อป สมาร์ทโฟน สมาร์ทวอทซ์ และอีกหลากหลายอุปกรณ์ ซึ่งการทำงานเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องมี Quantum Computer ไม่ว่าจะดู Netflix ที่บ้าน ส่งอีเมล และกิจกรรมที่ไม่มีความยุ่งยากมากนัก 

ในขณะที่มีหลายสิ่งที่ยากเกินกว่าที่คอมพิวเตอร์ในรูปแบบคลาสสิกจะสามารถทำได้ เพราะอาจจะซับซ้อนเกินไป ใช้เวลานานหรือทรัพยากรจำนวนมาก ดังนั้นจึงมีการผสมผสานการทำงานระหว่างคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกและ Quantum Computer เข้าด้วยกันเพื่อให้เหมาะสมกับปัญหาที่เกิดขึ้น  ยกตัวอย่างเช่น การคูณจำนวนที่มากสองจำนวนเข้าด้วยกันคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกอาจจะทำหน้าที่หาผลลัพธ์มาให้คุณได้ แต่หากเริ่มนำสองจำนวนนั้นมาคูณต่อกันไปเรื่อย ๆ ก็จะเริ่มมีความซับซ้อนมากขึ้นสำหรับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก ซึ่งเรียกง่าย ๆ ว่าคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกทำงานในแบบที่ให้คำตอบมาในรูปแบบส่งไปและได้รับกลับมาเพียงหนึ่งทิศทาง แต่ในด้านของ Quantum Computing นั้นเป็นการส่งคำตอบไปและได้รับกลับมาหลากหลายทิศทางพร้อม ๆ กัน เพราะฉะนั้นจึงอยู่ที่รูปแบบของปัญหาที่พบเจอ นอกจากนี้ยังมีปัญหาที่ยุ่งยากและซับซ้อนอีกมากมายที่เทคโนโลยีปัจจุบันยังไม่สามารถเข้าไปแก้ปัญหาได้ แต่ในอนาคตอันใกล้นี้เราอาจจะได้เห็นการพัฒนาจนไปถึงระดับความซับซ้อนนั้นได้ 

แผนพัฒนา Quantum Computing ของ IBM และความสำเร็จในการพัฒนา Eagle processor ที่มีคิวบิตสูงถึง 127 

ในปีที่ผ่านมา IBM ได้สร้างแผนพัฒนาด้าน Quantum ขึ้น โดยนับตั้งแต่ปี 2019 ที่เริ่มต้นการสร้างอยู่ที่ 27 คิวบิต ต่อด้วย 65 คิวบิตในปี 2020 และปีล่าสุดที่ 127 คิวบิต (Eagle processor) จัดเป็นระบบประมวลผลซึ่งทำหน้าที่ประมวลผลได้เกิน 100 คิวบิต ถือเป็นการเปิดโอกาสอย่างมหาศาลให้กับวงการเทคโนโลยี เนื่องจากที่ผ่านมาเราเห็นกันอยู่แล้วว่าเป็นไปได้ยากมากที่คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกจะสามารถประมวลผลได้เกิน 100 คิวบิต และสำหรับปีนี้ IBM ยังคงพัฒนาต่อในส่วนของ Processer ใหม่ในชื่อ Ospreay ซึ่งจะประมวลผลได้ 433 คิวบิต และในปีหน้าก็เตรียมสร้าง Processer Condor ที่จะเข้ามายกระดับ Processer ไปสู่อีกขั้นที่ 1,000 คิวบิต และจะกลายเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญเพราะที่ผ่านมาก่อนจะถึงจุดนี้ IBM มีการพัฒนาเพียงแค่หนึ่ง Processer ผลต่อหนึ่ง Quantum Computer แต่ตัว Condor จะเป็น Quantum Computer ที่มีสามารถใช้หลากหลาย Processer ได้ โดยมีสองข้อได้เปรียบคือสามารถทำงานได้เกิน 1,000 คิวบิตและยังช่วยให้ไต่ระดับไปจนถึงหนึ่งล้านคิวบิตได้ ทั้งหมดนี้จะสร้างประโยชน์อีกมากมายและทำให้ IBM เป็นผู้นำในเรื่อง Quantum Computer และเข้าสู่การเป็น Quantum Adventage Land ในอนาคต 

ทั้งหมดที่กล่าวไปนั้นจะนำพามนุษย์ให้เข้าใกล้สู่การนำเอา Quantum Computer ไปใช้ในชีวิตจริงได้ โดยการจะไปถึงจุดนั้นจะต้องมีการสร้างซอฟต์แวร์โดยประกอบด้วย 3 สิ่งหลักคือ เริ่มต้นที่ Kernel developers ซึ่งทำงานระดับ Machine ทำหน้าที่รวบรวมภาษาของคอมพิวเตอร์ โดยมีการสร้างซอฟต์แวร์พื้นฐานเพื่อที่จะได้ทำการส่งต่อให้ Algorithm developers จากนั้นก็มีเชื่อมต่อกับวงจรในเครื่องและเริ่มปล่อยให้วงจรทำงานแก้ปัญหาที่เหมาะสม โดยนำไปใช้ในงานอย่างการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบ การทำงานเชิงวิทยาศาสตร์ การเงิน และรวมไปถึง machine learning 

โดยเราสามารถเห็นระบบนี้ได้ในเครื่อง Condor และ Beyond เพราะว่าเรามีคิวบิตมากขึ้นจึงมีข้อได้เปรียบในการทำงาน แก้ปัญหาและลดข้อผิดพลาด มากไปกว่านั้นเรากำลังจะขยับจาก Physical qubits สู่ Logical qubits ซึ่งหากทำได้ก็จะช่วยเปิดโอกาสใหม่ ๆ ให้เกิดขึ้น ต่อมาหลังจากมีกระบวนการต่าง ๆ เรียบร้อยแล้ว model developers จะนำ algorithms มาต่อยอดในแต่ละสายงาน เพื่อปรับใช้กับระบบงานจริงทั้งเชิงธุรกิจและเชิงวิชาการ นอกจากนี้สำหรับ Processer ขนาด 5 และ 1 คิวบิต ทาง IBM ได้เปิดให้เปิดใช้บริการฟรีและสามารถดาวน์โหลดใช้งานออนไลน์ได้ตามลิงก์ https://quantum-computing.ibm.com/ อีกทั้งยังมีคอมมูนิตี้และคอร์สเรียนอีกด้วย ที่รวบรวมทุกอย่างตั้งแต่โปรเจ็คสำหรับเปิดให้เข้าชมฟรีรวมไปถึง Code ที่สร้างขึ้นมาให้บุคคลภายนอกนำไปใช้งานได้ พร้อมกับช่อง Youtube ให้ความสำหรับผู้เริ่มต้นหรือผู้เชี่ยวชาญสามารถเข้าไปเยี่ยมชมและเรียนรู้ได้เลย 

Key Metrics ในการประเมินประสิทธิภาพการทำงานของ Quantum Computing 

1. Scale จำนวนของคิวบิต วัดผ่านการเชื่อมโยงรวมถึงสมรรถภาพของคิวบิต รวมถึงต้นทุนที่ต่ำ

2. Quality คุณภาพของคิวบิต ทาง IBM ได้คิดการวัดแบบ Quantum Volume ขึ้น โดยวัดความกว้างของตัววงจร และความสามารถในการทำงานร่วมกันของแต่ละคิวบิต รวมถึงประสิทธิภาพในการทำงานร่วมกับอุปกรณ์ 

3. Speed ความเร็วของการทำงานของคิวบิต วัดได้ด้วย CLOPS (Circuit Layer Operation Per Second) เป็นการวัดว่าตัววงจรสามารถที่จะทำงานได้กี่รอบในระยะเวลาที่กำหนด โดยการทำงานจะมีการแยกการทำงานของตัวระบบให้ทำงานไปพร้อม ๆ กัน 

ทาง IBM พยามจะผลักดันให้มีการขยายมากขึ้นในทุกปี โดยเน้นไปที่ระบบ Condor ที่มีจำนวนกว่า 1,000 และอย่างในแผนภาพเราต้องการเพิ่มจำนวน Quantum Volume สองเท่าในทุกปี เริ่มตั้งแต่ปี 2017 จากภาพในปี 2019 เห็นได้ว่าเราพัฒนาได้อย่างดีมากกว่าแผนที่เราวางไว้ จากที่ตั้งไว้ที่ 32 ปัจจุบันเราทำพัฒนาไปถึงตัวเลข 64 และหลังจากนั้นก็ต่อเนื่องจนถึง 128 ในหนึ่งปีเราขยาย Quantum Volume จาก 32 ไปจนถึง 120 เลยทีเดียว นี่คือในด้านของ Quality ซึ่งเราก็อยากจะพัฒนาต่อไป 

ในด้าน Speed เราได้ทดลองผ่านระบบ Qistkit Runtime เป็นการพยายามเชื่อมระบบการทำงานแบบคลาสสิกและ Quantum เข้าด้วยกัน ยกตัวอย่างคือ การใช้ระบบแบบคลาสสิกแต่เมื่อได้รับ Data จำนวนมาก เราก็มีการส่งต่อเข้าไปในระบบ Quantum ต่อ ปกติการทำงานระหว่างคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกและ Quantum มักมีปัญหาเกิดขึ้นมาก ทั้งเรื่องกระบวนการและค่าใช้จ่าย เพราะจะต้องมีการส่งกลับไปมาที่ซับซ้อน 

สิ่งที่ทาง IBM ทำก็คือการสร้าง Quantum Real Time หรือ Quantum Runtime ซึ่งช่วยในการย้ายส่วนประกอบต่าง ๆ เข้าไปใกล้กับอุปกรณ์ เปรียบคือแทนที่จะนำข้อมูลขึ้น Cloud แล้วส่งลงมาประมวลผล แต่เป็นการประมวลผลทันทีเมื่อข้อมูลถึง Cloud ไม่ต้องนำออกมาทำงานอีกให้มีหลายขั้นตอน ซึ่งช่วยลดค่าใช้จ่ายและระยะเวลาในการทำงาน ในการจะทดสอบความเร็ว เราได้เริ่มต้นผ่านการทดลองแบบ Quantum Lithium Hydride Experiment โดยใช้ระยะเวลากว่า 11 วัน 11 ชั่วโมง และทดลองในแบบเดียวกันกับ Qiskit Runtime ซึ่งได้ผลในระยะเวลา 8 ชั่วโมง ซึ่งเร็วกว่าถึง 120 เท่า จนทดลองซ้ำอีกจนกระทั่งลดเหลือเพียง 21 วินาทีเท่านั้น จัดเป็นระยะเวลาที่เร็วมากซึ่งผลลัพธ์เช่นนี้ต้องมาจากหลากหลายองค์ประกอบที่ผสานกัน 

ในด้านของการประยุกต์ใช้ Quantum Computer ในงานจริง ได้มีการสร้างเครือข่าย IBM Quantum ตั้งแต่ปี 2017 ซึ่งมีตั้งแต่ Partners, Hubs, Startups, Members และ Academic 

ตัวอย่างโปรเจคที่มีการนำ Quantum Computing เข้าไปใช้งาน

• Daimler ได้นำระบบ Quantum เข้าไปช่วยในการค้นหาวัสดุใหม่ ๆ และเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต โดยดูในส่วนของการสร้าง Model Lithium Sulfur Batteries และวิเคราะห์ข้อบกพร่องในการผลิตเพื่อช่วยให้มีความคล่องตัวมากขึ้น 

• Exxon Mobil มีการนำ Quantum Computer ไปใช้ในหน่วยงานด้านเคมีและวิศกรรม เพื่อหาเครื่องมือใหม่ ๆ ในการต่อยอดผลิตภัณฑ์แห่งอนาคต และยังนำไปใช้ในการเดินเรือสินค้าอีกด้วย 

• JP morgan Chase มีนำไปใช้ในด้านการเงิน ในการคำนวณทางเลือกทางการเงินทั้งด้านราคา ความเสี่ยง และงานวิจัย 

ก่อนจบ Session ไป Mr.Robert Loredo ยังได้แนะนำวิธีการเรียนรู้ด้วยตนเองผ่านทาง https://quantum-computing.ibm.com/,  https://www.youtube.com/c/qiskit และ https://qiskit.org/ พร้อมทั้งชวนให้ทุกคนมาเข้าร่วมใน Quantum Accelerator Program อีกด้วย