นักลงทุนเทเงินให้กับสตาร์ทอัพด้านควอนตัม แต่บางทีพวกเขาอาจควรหันไปมองบริษัทยักษ์ใหญ่ระดับตำนานที่ผ่านประสบการณ์ในการสร้างสรรค์สิ่งต่างๆ มาแล้วอย่างโชกโชน
เมื่อราวครึ่งศตวรรษก่อนโรงงานแห่งหนึ่งใน Poughkeepsie รัฐ New York เคยเป็นฐานผลิตฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์เพื่อป้อนสู่ตลาดจำนวนมหาศาล กำไรที่ได้จากคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ประสิทธิภาพสูงถูกนำไปจัดสรรในการดูแลพนักงานด้วยสวัสดิการดีเยี่ยม สนับสนุนการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และจ่ายเงินปันผลให้ผู้ถือหุ้นในอัตราที่ทำให้บริษัท International Business Machines หรือ IBM กลายเป็นบริษัทที่มีมูลค่าสูงที่สุดในโลก
ปัจจุบัน IBM ที่มีขนาดเล็กลงกว่าเดิมมีรายได้หลักจากผลิตภัณฑ์ที่จับต้องไม่ได้อย่างซอฟต์แวร์และบริการทางธุรกิจ ทว่าบริษัทกำลังเดินหน้าพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ที่อาจทำให้ Poughkeepsie กลับมารุ่งเรืองอีกครั้ง โรงงานแห่งนี้จะกลายเป็นฐานการผลิตและประกอบเครื่องควอนตัมคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์ทรงพลังที่ถูกออกแบบมาเพื่อจัดการปัญหาเชิงคณิตศาสตร์อันซับซ้อนที่เกินขีดความสามารถของคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม
หากเทคโนโลยีควอนตัมประสบความสำเร็จดังที่คาดหมาย วิศวกรจะสามารถพัฒนายารักษาโรค วัคซีน แบตเตอรี่และสารเคมีต่างๆ ได้อย่างก้าวกระโดด เมื่อปี 2024 Boston Consulting Group ประเมินว่า ภายในปี 2040 ผู้ให้บริการฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์เกี่ยวกับควอนตัมจะสร้างรายได้รวมต่อปีประมาณ 9 หมื่นล้านเหรียญสหรัฐฯ ไปจนถึง 1.7 แสนล้านเหรียญต่อปี
IBM เป็นหนึ่งในผู้เล่นรายสำคัญของเทคโนโลยีที่พัฒนาอย่างรวดเร็วนี้มาตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่ 21 โดยมี Jay Gambetta นักฟิสิกส์ชาวออสเตรเลียวัย 46 ปี เป็นผู้นำทัพซึ่งดูแลทีมนักวิจัยกว่า 3,000 คนที่กระจายอยู่ใน 6 ทวีปทั่วโลก เขาจะยังคงมุ่งมั่นผลักดันเทคโนโลยีควอนตัมอย่างไม่หยุดยั้งเพราะเขาอุทิศทั้งชีวิตการทำงานในวิทยาการควอนตัม
Gambetta เข้าร่วมทีมวิจัยของ IBM ที่ Watson Research Center ซึ่งอยู่ห่างจากโรงงานใน Poughkeepsie ไปทางตอนใต้ราว 39 ไมล์ในปี 2011 หลังจากสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกที่ Yale และเคยรับตำแหน่งอาจารย์ที่ University of Waterloo เขาเล่าว่า “แม้ว่าผมจะชื่นชอบการสอน แต่ในใจลึกๆ แล้วผมต้องการลงมือสร้างมากกว่า”
การสร้างคิวบิตซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของข้อมูลในการประมวลผลควอนตัมมีอยู่หลายแนวทาง และหนึ่งในนั้นอาจเป็นกุญแจสำคัญสู่ชัยชนะในการพัฒนาเครื่องควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานได้จริง อนุภาคของแสงที่มีคุณสมบัติเป็นควอนตัมซึ่งเป็นการค้นพบที่ทำให้ Albert Einstein ได้รับรางวัลโนเบลสามารถนำมาสร้างคิวบิตได้ในการทดลองทางคอมพิวเตอร์บางชนิด ขณะที่ไอออนหรืออะตอมที่มีประจุก็เป็นพื้นฐานของระบบควอนตัมอีกแนวทางหนึ่ง
ส่วนอีกทฤษฎีคือ การใช้กระแสไฟฟ้าที่ไหลอยู่ในตัวนำยิ่งยวดขนาดเล็ก ซึ่งถูกเคลือบลงบนแผ่นซิลิคอนบางเฉียบ ภายในเวลา 3 ปีหลังจากที่ Gambetta เข้าร่วมทีมวิจัยที่ Watson เขาและทีมงานตัดสินใจทุ่มเดิมพันไปกับทางเลือกที่ 3 นี้และละทิ้งการวิจัยด้านอนุภาคแสง ไอออนดักจับ และแนวทางอื่นๆ ไปในที่สุด
ควอนตัมคอมพิวเตอร์ประเภทตัวนำยิ่งยวดต้องอาศัยชิปที่ถูกทำให้เย็นจัดจนมีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ เพียง 1 ใน 70 องศา ซึ่งเป็นเงื่อนไขจำเป็นเพื่อให้ตัวนำยิ่งยวดทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพและเพื่อปกป้องสถานะของอิเล็กตรอนที่ไวต่อสัญญาณรบกวนจากความร้อนที่อาจก่อให้เกิดความคลาดเคลื่อน องค์ประกอบหลักของการประมวลผลบนชิปซึ่งเรียกว่า Transmons จะถูกควบคุมด้วยสัญญาณคลื่นไมโครเวฟ ขณะที่คำสั่งการทำงานทั้งหมดถูกส่งมาจากคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมที่ตั้งอยู่ในบริเวณใกล้เคียง
ปัจจัยสำคัญที่เอื้อต่อแนวทางนี้คือ ความสามารถในการสร้างสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิต่ำสุดขีดด้วยอุปกรณ์มาตรฐานที่มีจำหน่ายทั่วไป ขณะเดียวกันการผลิตชิปเป็นสิ่งที่ IBM มีศักยภาพผลิตเองได้ในองค์กร ส่วนสัญญาณไมโครเวฟซึ่งมีลักษณะใกล้เคียงกับคลื่นโทรศัพท์มือถือก็เป็นเทคโนโลยีที่วิศวกรไฟฟ้าคุ้นเคยดี
“เราไม่จำเป็นต้องประดิษฐ์ทุกอย่างขึ้นใหม่” Gambetta กล่าว “แต่เป็นการต่อยอดจากองค์ความรู้ด้านเรดาร์และไมโครเวฟที่สั่งสมมานานกว่า 50 ปีเพื่อสร้างสัญญาณไมโครเวฟที่คมชัด บริสุทธิ์ และทำงานประสานกันราวกับโน้ตดนตรีที่เราบรรเลง”
นอกเหนือจาก IBM และบริษัทยักษ์ใหญ่ไม่กี่แห่งที่กำลังพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ ยังมีบริษัทสตาร์ทอัพหลายรายที่ออกมาประกาศความก้าวหน้าและศักยภาพในอนาคตของตน แม้ว่าบริษัทเกิดใหม่เหล่านี้จะต้องใช้เวลาดำเนินการอีกมากก่อนจะสามารถสร้างมูลค่าเชิงพาณิชย์ได้อย่างเป็นรูปธรรม แต่ข้อจำกัดดังกล่าวก็ไม่ได้เป็นอุปสรรคสำหรับนักลงทุนที่ยังคงสนใจและเข้าลงทุนอย่างต่อเนื่อง
บริษัทแห่งหนึ่งใน Hoboken รัฐ New Jersey กำลังเป็นเป้าหมายการลงทุนที่ร้อนแรง บริษัทแห่งนี้มีจุดเริ่มต้นจากธุรกิจจำหน่ายตลับหมึกพิมพ์อิงค์เจ็ตและหันไปทำธุรกิจจัดจำหน่ายเครื่องดื่มแต่ก็ล้มเหลวเช่นกัน ปัจจุบันเปลี่ยนชื่อเป็น Quantum Computing และเบนเข็มมาจำหน่ายอุปกรณ์และเทคโนโลยีด้านอนุภาคแสง โดยระบุในเว็บไซต์ว่า “วิสัยทัศน์ของเราคือ การนำเทคโนโลยีควอนตัมไปสู่มือของคนนับพันล้านคน” ล่าสุดหุ้นของบริษัทมีการซื้อขายที่ 9,500 เท่าของรายได้
ส่วนอีกด้านหนึ่งกำลังได้รับการพัฒนาเป็นรูปเป็นร่าง ไม่ใช่เพียงวิสัยทัศน์ IBM ดำเนินการติดตั้งเครื่องควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ศูนย์ปฏิบัติการวิจัยใน Poughkeepsie ตลอดจนยุโรปและเอเชีย นักวิทยาศาสตร์จาก Moderna, ศูนย์การแพทย์ Cleveland Clinic, ศูนย์การวิจัยแห่งชาติ Oak Ridge National Laboratory และสถาบันชั้นนำอีกหลายแห่งกำลังทดลองใช้งานเทคโนโลยีแห่งอนาคตนี้ โดยมีเป้าหมายเพื่อพัฒนาชุดคำสั่งประมวลผลให้พร้อมรองรับยุคของคอมพิวเตอร์ควอนตัมยุคใหม่ที่รวดเร็ว ทรงพลัง และมีอัตราผิดพลาดต่ำ
นอกจาก IBM แล้ว Google ยังเป็นอีกหนึ่งบริษัทที่เลือกเดิมพันกับเทคโนโลยี Transmons ส่วนคำถามที่ว่า ควอนตัมคอมพิวเตอร์แนวทางอื่นจะมีโอกาสก้าวขึ้นมาประสบความสำเร็จในท้ายที่สุดหรือไม่ Gambetta มองว่ามีความเป็นไปได้ต่ำ แต่ก็ไม่ประมาท แม้ว่าคู่แข่งบางรายประกาศผลทดสอบที่น่าทึ่งจากการทดลองขนาดเล็ก แต่การขยายสู่การประมวลผลขนาดใหญ่ขึ้นต้องอาศัยความแม่นยำที่เข้มงวดกว่าเดิมมาก ทั้งในการผลิตส่วนประกอบควอนตัมและแผงวงจรควบคุมระบบ Gambetta จึงสะท้อนประเด็นด้วยคำถามถึง “แผนการขยายเทคโนโลยีสู่ระดับอุตสาหกรรมและศักยภาพของโรงงานประกอบชิ้นส่วนจำนวนมาก”
นอกจากนี้ ยังมีอุปสรรคสำคัญอีกประการหนึ่งคือ คิวบิตมีแนวโน้มเกิดความผิดพลาดได้ง่าย เมื่อการประมวลผลทวีความซับซ้อนพร้อมกับการอาศัยคิวบิตจำนวนมากขึ้น ความผิดพลาดอาจสะสมจนถึงระดับที่ทำให้ผลลัพธ์สุดท้ายไร้ความหมาย นักวิจัยกำลังพยายามหาวิธีแก้ไขข้อผิดพลาดระหว่างการคำนวณ
Google ออกมาประกาศถึงความสำเร็จในการพัฒนาระบบแก้ไขข้อผิดพลาดที่ก้าวหน้าขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ขณะที่ IBM เลือกอธิบายแนวทางรับมือกับปัญหาท้าทายนี้ผ่านการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ โดย Gambetta ระบุว่า “ผมคิดว่าเรามีแผนงานด้านการแก้ไขข้อผิดพลาดในระดับใหญ่ที่โปร่งใสที่สุด”
การประมวลผลแบบควอนตัมตั้งอยู่บนพื้นฐานของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ 2 ประการที่ถูกค้นพบเมื่อราว 1 ศตวรรษก่อน ประการแรกคือ ในระดับย่อยอนุภาคไม่มีสถานะที่แน่นอน การสังเกตจะได้ผลลัพธ์ที่เป็นไปได้หลายค่าตามความน่าจะเป็นภายในช่วงเวลาหนึ่ง กลศาสตร์ควอนตัมอธิบายปรากฏการณ์นี้ว่า ธรรมชาติไม่มีกฎเกณฑ์ตายตัว เปรียบเสมือนพระเจ้าทอดลูกเต๋า
อีกปรากฏการณ์หนึ่งซึ่งขัดกับตรรกะเหตุผลคือ การพัวพันเชิงควอนตัมในภาษาฟิสิกส์หมายถึงการที่วัตถุ 2 ชิ้นที่แยกจากกันโดยสิ้นเชิงสามารถเชื่อมโยงกันได้ เมื่อทำการวัดค่าอนุภาคหนึ่งจะทราบสถานะของอีกอนุภาคในทันทีหากป็นคู่อนุภาคที่อยู่ในสถานะพัวพันกัน ข้อเท็จจริงนี้ละเมิดความเชื่อในทฤษฎีของ Einstein ซึ่งเขาเรียกมันว่า spukhafte Fernwirkung หรือปรากฏการณ์ที่น่าพิศวงในระยะไกล
เดิมทีความพัวพันเชิงควอนตัมถูกสังเกตได้ในระยะห่างระดับอนุภาคย่อยเท่านั้น แต่ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไปเมื่อนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปีล่าสุดพิสูจน์ให้เห็นว่า ปรากฏการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นได้ แม้ในระยะทางที่ห่างจนมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ความเข้าใจนี้เปิดทางให้วิศวกรของ IBM ผลักดันขีดจำกัดของเทคโนโลยีไมโครเวฟ โดยกำลังพัฒนาระบบควอนตัมคอมพิวเตอร์ในลักษณะโมดูลาร์ ตู้บรรจุชิปตัวนำยิ่งยวดที่ถูกทำให้เย็นจัด 2 ตู้ขึ้นไปจะถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันในระยะหลายฟุต และคิวบิตแต่ละตู้จะมีการพัวพันถึงกัน Einstein คงจะตกตะลึงไม่น้อยหากได้เห็นภาพนี้
คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมทำงานบนระบบเลขฐานสองที่มีการกำหนดค่าแน่นอน ตัวเลข 0 จะเปลี่ยนเป็น 1 ตามชุดคำสั่งที่ชัดเจน ขณะที่ควอนตัมคอมพิวเตอร์ใช้หลักบนค่าความจริงแบบคลุมเครือที่ยอมรับความเป็นไปได้หลายระดับไม่ใช่แค่สองสถานะ สัญญาณพลังงานจะผลักดันสถานะของคิวบิตไปในทิศทางต่างๆ หากวงจรควอนตัมเหล่านี้ถูกออกแบบอย่างชาญฉลาดและกระทำพร้อมกันบนคิวบิตที่พัวพันกัน
ผลลัพธ์คือ การค่อยๆ บีบความน่าจะเป็นไปสู่คำตอบที่เหมาะสมที่สุดที่ค่า 0 หรือ 1 กระบวนการนี้มีความซับซ้อน ไม่เป็นระเบียบ และต้องอาศัยแรงผลักอย่างต่อเนื่องในขณะที่ชิปตัวนำยิ่งยวดจะส่งผลลัพธ์กลับไปให้คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมวิเคราะห์ต่อไป
ลองพิจารณาปัญหาที่ Vanguard ต้องเผชิญในการบริหารกองทุน ETF ตราสารหนี้ยกเว้นภาษีมูลค่า 4.4 หมื่นล้านเหรียญ กองทุนต้องเลือกพันธบัตรประมาณ 9,800 รายการจากทั้งหมดกว่า 63,000 รายการที่มีอยู่ในตลาดเพื่อให้ได้ส่วนผสมที่ลงตัวระหว่างอัตราผลตอบแทนและความเสี่ยง อีกทั้งยังต้องหลีกเลี่ยงความเสี่ยงซ้ำซ้อนอย่างการลงทุนในพันธบัตรเทศบาล Chicago และ Illinois พร้อมกันเนื่องจากมีความเสี่ยงเรื่องการเรียกร้องสิทธิประโยชน์ด้านเงินบำนาญจากสหภาพแรงงานเหมือนกันภายใต้ข้อจำกัดมากมาย
ในปัจจุบันยังไม่มีวิธีที่สมบูรณ์ที่สุดในการแก้ปัญหา Vanguard ทำได้เพียงพยายามให้ดีที่สุดเพื่อหาคำตอบที่ดีพอด้วยคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม ซึ่งการประมวลผลจะใช้เวลาหลายนาทีจากการคำนวณหลายร้อยล้านล้านครั้ง
การประมวลผลด้วยควอนตัมเสนอทางเลือกใหม่สู่คำตอบที่ดีกว่า ในการทดสอบล่าสุด IBM และ Vanguard ได้ร่วมมือกันศึกษาเพื่อคัดเลือกหลักทรัพย์อย่างเหมาะสมที่สุดจาก 109 รายการ หากใช้คอมพิวเตอร์ของ Vanguard ในการคำนวณทุกความเป็นไปได้จะต้องใช้เวลายาวนานกว่าช่วงอายุของจักรวาล
ควอนตัมคอมพิวเตอร์ไม่จำเป็นต้องไล่ตรวจสอบทีละชุดความเป็นไปได้ตามลำดับ แต่จะพิจารณาทุกความเป็นไปได้พร้อมกัน การประมวลผลจะดำเนินไปตามจังหวะของสัญญาณไมโครเวฟเหมือนโน้ตดนตรีเพื่อเคลื่อนเข้าสู่คำตอบที่เหมาะสมที่สุด กระบวนการนี้นำพาไปสู่คำตอบได้หลังจากประมวลผลคิวบิตเพียง 4,200 ครั้ง
IBM ยังต้องพัฒนาอีกมากเพื่อให้เทคโนโลยีของตนตอบโจทย์ลูกค้าอย่าง Vanguard บริษัทตั้งวิสัยทัศน์ว่า ภายในปี 2029 จะมีเครือข่ายควอนตัมคอมพิวเตอร์แบบโมดูลาร์ขนาดเท่าห้องซึ่งทนทานต่อความผิดพลาดและสามารถประมวลผลคิวบิตได้ 100 ล้านครั้งที่โรงงานใน Poughkeepsie แต่ก่อนจะถึงจุดนั้น Gambetta เชื่อว่าเครื่องควอนตัมขนาดเล็กที่ทำงานร่วมกับคอมพิวเตอร์ทั่วไปจะเริ่มแสดงศักยภาพเหนือกว่าระบบคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมในงานเฉพาะด้าน เช่น การเพิ่มประสิทธิภาพพอร์ตลงทุน ปัจจุบัน IBM ได้รับสัญญาผูกพันการใช้บริการควอนตัมแล้วรวมมูลค่ากว่า 1 พันล้านเหรียญ
ในภาพจำอาจดูเหมือนว่า IBM ยังเป็นบริษัทยุคเก่าที่เชี่ยวชาญด้านการให้บริการที่น่าเชื่อถือกับธนาคารและสายการบิน แต่ไม่สามารถเอาชนะสตาร์ทอัพที่คล่องตัวกว่าในด้านความก้าวล้ำทางเทคโนโลยี ทว่าหลังจากกว่าศตวรรษที่ผู้นำองค์กรส่วนใหญ่มาจากสายงานขาย วันนี้เก้าอี้ CEO เป็นของ Arvind Krishna วิศวกรไฟฟ้าระดับปริญญาเอก ผู้ซึ่งครั้งหนึ่งเคยอยู่ในตำแหน่งเดียวกับ Gambetta
คำถามสุดท้ายที่สำคัญคือ บริษัทจาก Hoboken ที่วางเดิมพันกับเทคโนโลยีอนุภาคแสงจะสามารถเร่งแซง IBM ผู้พัฒนาควอนตัมด้วยหลักการตัวนำยิ่งยวดได้หรือไม่? คำตอบอาจเป็นไปได้ หรือบางทีบริษัทนั้นอาจต้องย้อนกลับไปจำหน่ายเครื่องดื่มอีกครั้ง
เรื่อง: William Baldwin เรียบเรียง: นวตา สันติวัฒนา
ภาพ: Guerin Blask
เรื่องราวอื่นๆ ที่น่าสนใจ : เดิมพันของ Michael Intrator ปั้น CoreWeave ล่าขุมทรัพย์ในกระแส AI เฟื่องฟู
