สร้างการประมวลผลข้อมูลใหม่ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเกิดขึ้นจากรูปแบบทางทฤษฎีเกี่ยวกับระบบการใช้งานในโลกจริง

Intel® Labs อยู่ระหว่างการผลิตควอนตัมโปรเซสเซอร์ในออริกอนและดำเนินการด้านวิศวกรรมระดับระบบโดยตั้งเป้าหมายให้มีคอมพิวเตอร์ควอนตัมระดับการผลิตภายใน 10 ปี

คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร

ข้อมูลที่มีการเข้ารหัสแบบไบนารีเป็นพื้นฐานในการประมวลผล ด้วยบิตที่ประกอบด้วย 0 และ 1 ซึ่งแสดงด้วยระบบไฟฟ้า เช่น สถานะ “เปิด” หรือ “ปิด” คอมพิวเตอร์ควอนตัมเปลี่ยนโฉมวิธีการด้วยการแทนที่บิตด้วยคิวบิตที่สามารถแสดงผลหลายสถานะพร้อมกันเสมือนกำหนดในฟิสิกส์แบบเดิมทั่วไป ระบบควอนตัมที่แสดงข้อมูลที่ใช้คิวบิตและปรากฏการณ์ควอนตัม เช่น ซูเปอร์โพสิชันและเอนแทงเกิลเมนต์ที่ทำให้เกิดการประมวลผลในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อนของการประมวลผลแบบขนาน

การทำงานของ Intel® Labs เกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมเกิดจากการวิจัยภายในอย่างต่อเนื่อง ร่วมกับความสัมพันธ์แบบหลายฝ่ายร่วมกันและการลงทุนในสถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรมระดับโลกร่วมกับการเป็นผู้นำด้านเทคนิคการผลิตซิลิคอนของ Intel การวิจัยได้มีการดำเนินการอย่างต่อเนื่องมาหลายทศวรรษ โดยเติบโตจากระดับทฤษฎีด้วยการทดลองทางความคิดตลอดศตวรรษที่ 20 ด้วยองค์ประกอบฮาร์ดแวร์พร้อมใช้งานรุ่นแรกสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ได้รับการพัฒนาขึ้นมาโดยเฉพาะในหลายปีที่ผ่านมา

ไทม์ไลน์ของคอมพิวเตอร์ควอนตัม

การวิจัยที่ Intel® Labs ได้นำเสนอโดยตรงในการพัฒนา Tangle Lake ซูเปอร์คอนดักติ้งควอนตัมโปรเซสเซอร์ที่ประกอบด้วยคิวบิต 49 คิวบิตในแพ็คเกจที่ผลิตที่โรงงานผลิตขนาด 300 มิลลิเมตรของ Intel ในฮิลส์โบโร ออริกอน อุปกรณ์นี้แสดงถึงควอนตัมโปรเซสเซอร์รุ่นที่ 3 ที่ผลิตโดย Intel ซึ่งปรับให้สูงขึ้นจากเดิมที่มี 17 คิวบิตในรุ่นก่อนหน้า

Tangle Lake คือความก้าวหน้าในการพัฒนาระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบเต็มอย่างต่อเนื่อง ซึ่งอาจเกิดขึ้นในอนาคตอีก 10 ปีข้างหน้า ด้วยระบบที่ให้คำสัญญาด้านประสิทธิภาพอย่างไม่เคยมีมาก่อนที่จำลองและวิเคราะห์ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ และนำไปสู่การตอบคำถามทางปรากฏการณ์วิทยาอย่างรวดเร็ว ซึ่งจำเป็นต้องใช้เวลาอย่างมากสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน คาดว่าประสิทธิภาพดังกล่าวจะขับเคลื่อนความก้าวล้ำในบริเวณที่มีความหลากหลาย เช่น การแพทย์ทางพันธุกรรมแบบรายบุคคล ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ และแก้ไขความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อม

Tangle Lake ควอนตัมโปรเซสเซอร์ขนาด 49 คิวบิต

การพัฒนาอย่างต่อเนื่องร่วมกันกับอุตสาหกรรมและสถาบันการศึกษา
ความท้าทายในการพัฒนาการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมนั้นมีมากมายและน่ากังวล ตัวอย่างเช่น คิวบิตนั้นบอบบางมาก ด้วยการรบกวนอะไรก็ตามรวมถึงการวัดทำให้คิวบิตเหล่านั้นคืนค่าจากสถานะควอนตัมเป็นแบบเดิม (ไบนารี) ซึ่งส่งผลให้เกิดการสูญเสียข้อมูล Tangle Lake ยังต้องทำงานที่อุณหภูมิเย็นจริงในสัดส่วนเล็กน้อยเพียง 1 เคลวินจากศูนย์สัมบูรณ์

ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีปัญหาที่สำคัญในแง่ขนาดด้วยการใช้งานในโลกจริงที่ขนาดเชิงพาณิชย์มีแนวโน้มที่จำเป็นต้องมีอย่างน้อย 1 ล้านคิวบิต เนื่องจากความเป็นจริงนั้นเอง ควอนตัมโปรเซสเซอร์ที่มีขนาดใหญ่จึงเป็นข้อจำกัดที่สำคัญในตัวเอง ตัวอย่างเช่น Tangle Lake มีขนาดประมาณ 3 ตารางนิ้ว เพื่อแก้ไขความท้าทายเหล่านี้ Intel จึงได้ดำเนินการพัฒนาการออกแบบ การสร้างแบบจำลอง การบรรจุ และเทคนิคการผลิตเพื่อทำให้การสร้างควอนตัมโปรเซสเซอร์ซับซ้อนยิ่งขึ้น

Intel ได้เริ่มทำงานร่วมกับ QuTech องค์กรคอมพิวเตอร์ควอนตัมในเนเธอร์แลนด์ในปี 2015 ซึ่งในความร่วมมือนั้น Intel ได้ลงทุน 50 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ให้ QuTech นำเสนอแหล่งวิศวกรรมอย่างต่อเนื่องที่จะช่วยเร่งการพัฒนาในสายงาน QuTech ได้สร้างศูนย์การวิจัยขั้นสูงและการศึกษาสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดย Netherlands Organisation for Applied Research และ Delft University of Technology ผสมผสานกับความชำนาญในการผลิต การควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และสถาปัตยกรรมของ Intel ความร่วมมือนี้เหมาะสำหรับความท้าทายในการพัฒนาระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เหมาะสมรุ่นแรกโดยเฉพาะ

ในขณะนี้ ชิป Tangle Lake ได้ดำเนินการผลิตในออริกอนและจัดส่งไปยัง QuTech ในเนเธอร์แลนด์เพื่อทำการวิเคราะห์ QuTech ได้พัฒนาเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสำหรับจำลองควอนตัมเวิร์คโหลดเพื่อแก้ไขปัญหา เช่น การเชื่อมต่อ การควบคุม และการวัดต่างๆ ของเอนแทงเกิลคิวบิต นอกจากเพื่อช่วยขับเคลื่อนการออกแบบควอนตัมคอมพิวเตอร์ระดับระบบ ได้ค้นพบข้อมูลเชิงลึกว่างานนี้มีส่วนช่วยเร่งการเปลี่ยนแปลงจากการออกแบบและการผลิตเป็นทดสอบเทคโนโลยีในรุ่นต่อไป

นอกจากการทำงานร่วมกับ QuTech Intel® Labs ยังทำงานร่วมกับสมาชิกในระบบนิเวศอื่นๆ ทั้งในด้านพื้นฐานและความท้าทายระดับระบบเกี่ยวกับระบบโครงสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมทั้งระบบ โครงการวิจัยที่ทำร่วมกับ QuTech มหาวิทยาลัยโทรอนโต มหาวิทยาลัยชิคาโก และอื่นๆ ช่วยปรับอุปกรณ์ให้สูงขึ้นจากอุปกรณ์ควอนตัมเดิมให้มาพร้อมกับกลไก เช่น การแก้ไขความผิดพลาด กลไกการควบคุมเชิงฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ วิธีการและเครื่องมือสำหรับการพัฒนาแอพพลิเคชั่นควอนตัม

ก้าวล้ำเหนือซูเปอร์คอนดักชัน: คำสัญญาของสปินคิวบิต
วิธีหนึ่งในการแก้ไขปัญหาความท้าทายบางอย่างที่มีอยู่ในควอนตัมโปรเซสเซอร์ เช่น Tangle Lake ที่ใช้ซูเปอร์คอนดักติ้งคิวบิตคือการตรวจสอบของสปินคิวบิตโดย Intel® Labs และ QuTech สปินคิวบิตทำงานบนพื้นฐานของการหมุนของอิเล็กตรอนเดี่ยวในซิลิคอนที่ควบคุมด้วยคลื่นไมโครเวฟ เมื่อเปรียบเทียบกับซูเปอร์คอนดักติ้งคิวบิต สปินคิวบิตใกล้เคียงกับองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่ที่ใช้งานในซิลิคอนมาก ซึ่งสามารถใช้ประโยชน์ในด้านเทคนิคการผลิตที่มีอยู่ได้ นอกจากนั้น ขอบเขตคำสัญญาการวิจัยนี้ถือสิทธิสำหรับการใช้ประโยชน์ในขอบเขตต่อไปนี้:

• อุณหภูมิขณะทำงาน: สปินคิวบิตจำเป็นต้องทำงานในสภาวะที่เย็นมาก แต่มีองศาต่ำกว่าซูเปอร์คอนดักติ้งคิวบิต (ประมาณ 1 องศาเคลวินเมื่อเปรียบเทียบกับ 20 มิลลิเคลวิน) เนื่องจากความยากในการทำให้อุณหภูมิที่ต่ำกว่าลดลงเป็นทวีคูณเสมือนเข้าใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ความแตกต่างนี้นำเสนอการลดความซับซ้อนของระบบลงได้อย่างมีนัยสำคัญ

• เสถียรภาพและระยะเวลา: คาดว่าสปินคิวบิตจะเชื่อมโยงได้นานกว่าซูเปอร์คอนดักติ้งคิวบิต ทำให้ระดับประมวลผลสามารถนำไปใช้เป็นอัลกอริธึมได้ง่ายกว่า

• ขนาดทางกายภาพ: เล็กกว่าซูเปอร์คอนดักติ้งคิวบิต สปินคิวบิตหมื่นล้านคิวบิตมีขนาดพอดีกับพื้นที่หนึ่งตารางมิลลิเมตรตามทฤษฎี ในความผสมผสานกับโครงสร้างที่คล้ายคลึงกับทรานซิสเตอร์ทั่วไป คุณสมบัติของสปินคิวบิตอาจมีบทบาทสำคัญในการปรับระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมให้สูงขึ้นเป็นประมาณล้านคิวบิตที่จำเป็นในระบบการผลิต

ในเวลาปัจจุบัน นักวิจัยได้พัฒนาการไหลเวียนในการผลิตสปินคิวบิตด้วยการใช้เทคโนโลยีกระบวนการขนาด 300 มิลลิเมตรของ Intel ที่เพิ่มความสามารถในการผลิตสปินคิวบิตอาร์เรย์ขนาดเล็กในซิลิคอน อันที่จริงแล้ว QuTech ได้เริ่มทดสอบระบบประมวลผลคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้สปินคิวบิตขนาดเล็กแล้ว ในฐานะสถาบันพัฒนาซอฟต์แวร์เผยแพร่ต่อสาธารณะ QuTech ยังได้พัฒนาเครื่องมือเทคโนโลยีควอนตัม ที่เป็นแพ็คเกจ Python สำหรับดำเนินการวัดและตรวจสอบสปินคิวบิต

วิธีการ 2 ขั้นตอนเพื่อกำหนดวงจรควอนตัม

ด้วยความพยายามที่จะปรับขยายการดำเนินการกับควอนตัมฮาร์ดแวร์ที่มีอยู่ จึงจำเป็นที่จะต้องกำหนดประตูควอนตัมเพื่อลดจำนวนการทำงานลง การวิจัยนี้ได้นำเสนอวิธีการ 2 ขั้นตอนที่มีประสิทธิภาพในการกำหนดประตูสำหรับวงจรควอนตัม

อ่านเอกสาร

ความร่วมมือ

QuTech

QuTech คือศูนย์วิจัยขั้นสูงสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมและควอนตัมอินเทอร์เน็ต ซึ่งการทำงานร่วมกันก่อตั้งโดย TU Delft และ TNO

CQIQC

Centre for Quantum Information and Quantum Counting ส่งเสริมการวิจัยร่วมกันในสายงานสหวิทยาการที่วิวัฒนาการไปอย่างรวดเร็ว

มหาวิทยาลัยชิคาโก

The Institute for Molecular Engineering เป็นผู้นำการวิจัยวิศวกรรมและการศึกษาในทิศทางใหม่ ซึ่งส่งเสริมแอพพลิเคชั่นสร้างสรรค์ด้านวิทยาศาสตร์ระดับโมเลกุล

ข่าวล่าสุด


พบกับข่าวล่าสุดเกี่ยวกับ Intel และคอมพิวเตอร์ควอนตัม

เข้าร่วม Intel® Labs

นำความหลงใหลในเทคโนโลยีและการแก้ไขปัญหาของคุณมาที่ Intel® Labs และช่วยสร้างสิ่งที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน

สำรวจความเป็นไปได้

เพิ่มเติมจาก Intel® Labs

เกี่ยวกับ Intel® Labs

ทำงานร่วมกันและสนับสนุนนักวิจัยชั้นนำทั่วโลกเพื่อพัฒนานวัตกรรมครั้งต่อไปที่เปลี่ยนแปลงวิธีการคิด การเรียนรู้ และการปรับใช้ของเครื่องจักร

เรียนรู้เพิ่มเติม

การประมวลผลคอมพิวเตอร์แบบนิวโรมอร์ฟิกและแบบความเป็นไปได้ทางสถิติ

การปฏิวัติครั้งต่อไปในด้าน AI คือการขับเคลื่อนการวิจัยที่จะทำให้การประมวลผลใกล้เคียงกับการจำลองสมองทางชีวภาพ

เรียนรู้เพิ่มเติม

นวัตกรรมที่เกิดขึ้นใหม่

เทคโนโลยีที่กำลังเริ่มต้นกำลังขับเคลื่อนและสร้างอนาคตของคอมพิวเตอร์ สำรวจประเด็นสำคัญของนวัตกรรมต่างๆ ที่เป็นแนวหน้าของการปฏิวัติทางเทคนิคในอนาคต

เรียนรู้เพิ่มเติม