ที่งาน Microsoft Ignite ปีนี้ Mark Russinovich CTO ของ Azure บรรยายถึงความสำคัญของคอมพิวเตอร์ควอนตัม และแนวทางการพัฒนาแอปพลิเคชั่นบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ไมโครซอฟท์เปิดตัว Azure Quantum โดยเป้าหมายสำคัญคือการออกแบบกระบวนการทางเคมีที่จะสร้างความก้าวหน้าให้กับโลกได้อย่างชัดเจน

เขายกตัวอย่างกระบวนการผลิตปุ๋ยเคมีที่ทุกวันนี้ใช้พลังงานสูงมาก โดยรวมประมาณ 3% ของไฟฟ้าทั้งโลกเนื่องจากกระบวนการดึงไนโตรเจนต้องใช้พลังงานสูง แต่ในพืชตระกูลถั่วกลับสามารถดึงไนโตรเจนจากอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงกว่ามาก อย่างไรก็ดีจนทุกวันนี้วิทยาการยังทำความเข้าใจกระบวนการดึงไนโตรเจนในพืชไม่ได้ เนื่องจากกระบวนการทางเคมีมีความซับซ้อนสูง หากเรามีคอมพิวเตอร์ควอนตัมเราจะสามารถจำลองกระบวนการทำงานได้ในเวลาอันดรวดเร็ว Russinovich คาดว่าการจำลองกระบวนการทางเคมีนี้ต้องการคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาด 170 qubit

ในการบรรยาย Russinovich อธิบายถึงเกตแบบต่างๆ ของคอมพิวเตอร์ควอนตัม และแนวทางการใช้งาน เช่น การกระจายกุญแจเข้ารหัสด้วยอัลกอริธึม BB84 หรือการถอดรหัส RSA-2048 ที่คาดว่าจะใช้เวลาเพียง 100 วินาทีหากคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีขนาดใหญ่พอ อย่างไรก็ดีอัลกอริธึม Shor ที่ใช้ถอดรหัส RSA นั้นทำงานช้าอย่างมากบนซอฟต์แวร์จำลอง เพราะปริมาณแรมที่ต้องการจะเพิ่มอย่างรวดเร็ว คอมพิวเตอร์ขนาดเพียง 27 qubit ก็ใช้แรมถึง 2GB

ความกังวลถึงคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้ถอดรหัส RSA ได้นั้นไม่น่ากังวลอย่างที่คิด เพราะ RSA-2048 ต้องการคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดถึง 4096 qubit เพื่อถอดรหัส และ Russinovich คาดว่าจะใช้เวลาถึงประมาณปี 2030 กุญแจจึงถูกถอดรหัสได้ และระหว่างนี้ก็มีการพัฒนากระบวนการเข้ารหัส โดยภายในปี 2026 น่าจะมีการใช้งานกระบวนการเข้ารหัสที่ทนทานต่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมแล้ว และใช้เวลาอีก 5 ปีในการเลิกใช้งานกระบวนการเข้ารหัสที่ไม่ทนทานต่อคอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยไมโครซอฟท์เองก็ออกแบบอัลกอริธึมเข้ารหัสที่ทนทานต่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมถึง 4 กระบวนการและยังเข้ารอบการประกวดของ NIST จนตอนนี้

ชนิดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในโลกความเป็นจริง ที่อาจใช้โฟตอน, superconducting qubit, หรือ quantum dot

Russinovich ยังระบุว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมในโลกความเป็นจริงนั้นต่างจากในทฤษฎีมาก โดย qubit เป็นนิยามทางทฤษฎีที่ไม่มีอยู่จริง แต่ qubit จริงๆ นั้นจะมีสัญญาณรบกวน โดยทุกวันนี้คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอยู่จริงนั้นสัญญาณรบกวนสูงมาก การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมจริงๆ จึงต้องการ qubit จำนวนมากเพื่อแก้ไขความผิดพลาด โดย qubit จริง (physical qubit) อาจจะต้องสูงกว่า qubit ที่ใช้งานจริง (logical qubit) นับร้อยเท่า และตัวคอมพิวเตอร์ควอนตัมก็ต้องลดสัญญาณรบกวนให้ต่ำที่สุดด้วยการลดอุณหภูมิจนเหลือเพียงไม่กี่มิลลิเคลวิน

นักวิจัยไมโครซอฟท์กำลังทำงานก้บคอมพิวเตอร์ควอนตัม

ที่มา - Microsoft Ignite 2019: BRK4011
Quantum computing: Computing with a probabilistic universe with Mark Russinovich