งาน NVIDIA GTC 2025 เป็นปีแรกที่มีการจัดเวทีพูดคุยเกี่ยวกับควอนตัมคอมพิวติ้งโดยเฉพาะ (Quantum Day) ซึ่ง NVIDIA ในฐานะเจ้าภาพ และผู้ขับเคลื่อนการประมวลผลแบบ Accelerated Computing จึงได้เชิญผู้พัฒนาควอนตัมคอมพิวติ้งมาให้ข้อมูลผ่านเวทีเสวนาทั้งหมด 3 Sessions เพื่อหาคำตอบว่า ควอนตัมคอมพิวติ้งตอนนี้อยู่ในขั้นไหนแล้ว ? เรากำลังจะพัฒนาเทคโนโลยีไปในทิศทางใด ? และอนาคตต่อไปคืออะไร ? 

ควอนตัมคอมพิวติ้ง ตอนนี้อยู่ในขั้นไหนแล้ว ?

ภาพรวมของวงการควอนตัมคอมพิวติ้งตอนนี้ ยังอยู่ในช่วงสำรวจ และพัฒนาอย่างเข้มข้น เพื่อหาแนวทางที่ดีที่สุดในการสร้าง ‘คิวบิต’ (Qubit - หน่วยของควอนตัม) ที่มีคุณภาพเพียงพอ และสามารถ scale เพื่อการคำนวณได้ ปัจจุบันยังไม่มีเทคโนโลยีการสร้างคิวบิตแบบใดที่สมบูรณ์แบบ หรือที่สามารถทำลักษณะสำคัญที่คิวบิตต้องการได้ทุกๆ ด้าน ได้แก่

• Fidelity - ความเที่ยงตรงในการคำนวน
• Coherence - ระยะเวลาที่คิวบิตรักษาสถานะควอนตัมไว้ได้
• Scalability - ความง่ายในการเพิ่มจำนวนคิวบิตให้มากขึ้น
• Gate Speed - ความเร็วในการประมวลผล Quantum Gate
• Connectivity - ความสามารถในการให้คิวบิตสามารถสื่อสารหากัน
• Manufacturability & Control - ต้นทุน ความซับซ้อนในการสร้าง และการควบคุม

ด้วยปัจจัยเหล่านี้ทำให้ผู้พัฒนาควอนตัมคอมพิวติ้งแต่ละเจ้า เลือกวิธีการสร้างคิวบิตที่ต่างกันออกไป ซึ่งก็แลกมาด้วยจุดแข็ง และจุดอ่อน ดังนี้

วิธีการสร้างคิวบิตของผู้พัฒนาแต่ละเจ้า

Neutral Atoms

หลักการทำงาน

ใช้ ‘อะตอม’ เดี่ยวๆ ที่ไม่มีประจุไฟฟ้ามาทำหน้าที่เป็นคิวบิต โดยผู้พัฒนาจะใช้ลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัสอย่างแม่นยำ (Optical Tweezers) ในการจับและยึดอะตอมเหล่านี้ให้อยู่ในตำแหน่งที่ต้องการเรียงกันเป็นแถว จากนั้นจึงใช้แสงเลเซอร์อีกชุดหนึ่งในการควบคุมสถานะควอนตัมของอะตอมแต่ละตัว เพื่อทำการคำนวณ

ทำไมถึงเลือกแนวทางนี้? 

ผู้พัฒนามองว่าแนวทางนี้มีข้อดีในเรื่องของ ‘ความสมบูรณ์แบบตามธรรมชาติของอะตอม’ อะตอมชนิดเดียวกันทุกตัวในธรรมชาติจะเหมือนกันเป๊ะๆ ไม่มีความแตกต่างผิดเพี้ยน ซึ่งต่างจากคิวบิตที่มนุษย์สร้างขึ้น 

ความเหมือนกันนี้เอง ทำให้เมื่อต้องการสร้างคอมพิวเตอร์ที่มีคิวบิตจำนวนมาก (Scalability) จะทำได้ง่ายขึ้น ปัจจุบัน เทคโนโลยีนี้สามารถสร้างระบบที่มีอะตอมนับพันตัวได้แล้ว และยังสามารถควบคุมการเชื่อมต่อหรือการสื่อสารระหว่างคิวบิตเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำระหว่างการคำนวณอีกด้วย

Trapped Ions

หลักการทำงาน

แนวทางนี้คล้ายกับ Neutral Atoms แต่เปลี่ยนไปใช้ ‘ไอออน’  ซึ่งคืออะตอมที่มีประจุไฟฟ้าแทน เนื่องจากมีประจุไฟฟ้า จึงสามารถใช้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่มองไม่เห็นในการดักจับ หรือกักขังไอออนเหล่านี้ให้อยู่ในพื้นที่จำกัดภายในห้องสุญญากาศ จากนั้นจึงใช้ลำแสงเลเซอร์ในการควบคุมสถานะควอนตัมเพื่อสร้างเกทหรือประตูตรรกะควอนตัม

ทำไมถึงเลือกแนวทางนี้?

Trapped Ions มีข้อดีในเรื่องของ ‘ความเที่ยงตรง’ (Fidelity) หรือความแม่นยำในการทำงานของ Quantum Gate ที่สูงมาก โดยผู้พัฒนาอย่าง IonQ บอกว่า ตอนนี้มีเทคโนโลยีที่ช่วยให้สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้องโดยใช้เพียงชั้นวางอุปกรณ์มาตรฐาน ไม่จำเป็นต้องใช้ระบบทำความเย็นขนาดใหญ่และซับซ้อนเหมือนเทคโนโลยีอื่นบางชนิด ทำให้ระบบโดยรวมเรียบง่ายกว่า

ฝั่งผู้พัฒนาบอกว่า Trapped Ion สามารถสร้าง Logical Qubit ที่มีคุณภาพสูงได้ดีกว่า ซึ่งหมายถึงการนำคิวบิตทางกายภาพ (Physical Qubit) หลายๆ ตัวมารวมกันเพื่อสร้างคิวบิตเสมือนที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดได้ดีเยี่ยม เปรียบเสมือนการสร้างอิฐที่แข็งแรงสำหรับสร้างคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ต่อไป

Superconducting Circuits

หลักการทำงาน

แนวทางนี้สร้างคิวบิตขึ้นจากวงจรไฟฟ้าขนาดเล็กจิ๋วที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ โดยทำจากวัสดุ Superconductor ซึ่งเป็นวัสดุที่เมื่อถูกทำให้เย็นจัดใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์ (-273 องศาเซลเซียส) จะสามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่มีความต้านทานเลย การทำงานในสภาวะเย็นจัดนี้ช่วยให้สามารถควบคุมสถานะควอนตัมที่ละเอียดอ่อนของวงจรได้ และใช้คลื่นไมโครเวฟในการส่งสัญญาณเพื่อควบคุมการทำงานของคิวบิต

ทำไมถึงเลือกแนวทางนี้? 

ผู้พัฒนาบอกว่าวิธีนี้จะช่วยให้ Gate Speed สูงมาก ทำให้ประมวลผลได้รวดเร็ว นอกจากนี้ การสร้างวงจรเหล่านี้ยังสามารถใช้เทคนิค และเครื่องมือที่คล้ายคลึงกับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ที่ใช้สร้างชิปคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันได้ ซึ่งเอื้อต่อการผลิตจำนวนมาก ไปจนถึงการ Scale

แม้ว่าในอดีต ความท้าทายที่สำคัญที่สุดของแนวทางนี้คือความไวต่อ ‘สัญญาณรบกวน’ (Noise) จากภายนอก ซึ่งทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้ง่าย แต่ความก้าวหน้าล่าสุดในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมที่แม่นยำขึ้น และการปรับปรุงวัสดุที่ใช้ กำลังช่วยเพิ่มเพดานประสิทธิภาพของระบบเหล่านี้ให้สูงขึ้นเรื่อยๆ ทำให้มีความเป็นไปได้ในการใช้งานจริงมากขึ้น

Quantum Annealing

หลักการทำงาน

หลักการทำงานเปรียบเสมือนการปล่อยให้ระบบควอนตัมผ่อนคลาย จากสถานะเริ่มต้นที่รู้ค่า ไปสู่สถานะที่มีพลังงานต่ำที่สุด ซึ่งสถานะพลังงานต่ำสุดนั้นถูกออกแบบมาให้แทนคำตอบที่ดีที่สุดของปัญหาที่เราต้องการแก้ 

ทำไมถึงเลือกแนวทางนี้? 

ผู้พัฒนาอธิบายว่า เทคโนโลยี Annealing มีข้อดีคือ ทนทานต่อสัญญาณรบกวนได้ดีกว่า และ Scale ได้ดีกว่า ซึ่งตอนนี้สามารถ scale ถึงระดับพันคิวบิตแล้วในปัจจุบัน ทำให้สามารถนำไปใช้แก้ปัญหา Optimization ที่ซับซ้อนมากๆ รวมถึงปัญหาด้านวัสดุศาสตร์บางอย่าง ที่เป็นเรื่องท้าทายอย่างยิ่งสำหรับคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง

ควอนตัมคอมพิวติ้งกำลังพัฒนาไปในทางไหน ?

แน่นอนว่าทุกบริษัทต่างมุ่งหน้าต้องการสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่ใช้งานได้จริง แต่คิวบิตยังคงมีข้อผิดพลาดที่สูง การจะไปถึงจุดที่สร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ได้ ต้องแก้โจทย์ใหญ่ที่เป็นอุปสรรคสำคัญให้ได้เสียก่อน นั่นก็คือ การแก้ไขข้อผิดพลาด (Error Correction) การขยายขนาด (Scalability)

ถามว่าทำไมต้องแก้สองสิ่งนี้ เนื่องจากสถานะควอนคัมของคิวบิตนั้นเปราะบาง และไวต่อสัญญาณรบกวนจากภายนอกอย่างยิ่ง ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการคำนวนได้ง่าย และบ่อยครั้ง การทำ Error Correction จึงไม่ใช่ทางเลือก แต่เป็นสิ่งจำเป็นที่ทุกบริษัทที่ทำงานด้านควอนตัมคอมพิวติ้งกำลังรุมแก้โจทย์นี้อย่างยกใหญ่

หัวใจสำคัญของการทำ Error Correction คือการสร้าง Logical Qubit ขึ้นมา ซึ่งหมายถึงคิวบิตเสมือนที่มีความเสถียร และความแม่นยำสูง ซึ่งสร้างขึ้นจากการนำ Physical Qubit ที่มีข้อผิดมากจำนวนมากมาทำงานร่วมกันผ่านการทำ Quantum Error Correction Codes ซึ่งเป็นชุดเทคนิคพิเศษที่ถูกสร้างมาเพื่อตรวจจับว่าเกิดความผิดพลาดกับข้อมูลควอนตัมส่วนใด และแก้ไขข้อมูลให้กลับมาถูกต้องเหมือนเดิม ซึ่งเปรียบเสมือนกับเกราะช่วยปกป้องข้อมูลควอนตัมไม่ให้เสียหายจากการรบกวน

แต่อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ท้าทายกว่าคือเราจะสร้างคิวบิตจำนวนมากออกมาได้อย่างไร เรื่องนี้บริษัทต่างๆ ที่เข้าร่วมเสวนามองว่า ยังมีความซับซ้อน และท้าทายมาก อีกทั้งการสร้างเครื่องระดับล้านคิวบิตที่ใช้งานได้จริงยังต้องใช้เวลาอีกหลายปีเลยทีเดียว

ก้าวต่อไปของควอนตัมคอวพิวติ้งคืออะไร ?

แน่นอนว่าก้าวต่อไปที่สำคัญที่สุด ก็คือการนำศักยภาพอันน่าทึ่งของควอนตัมคอมพิวเตอร์มาใช้งานจริง ในเรื่องนี้ AWS และ Microsof ซึ่งเป็นผู้ให้บริการคลาวด์รายใหญ่ เข้ามามีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง พวกเขาไม่เพียงแต่พัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมของตนเอง แต่ยังทำหน้าที่เป็น แพลตฟอร์มกลาง ที่เปิดให้องค์กรและนักวิจัยทั่วโลกสามารถเข้าถึง และทดลองใช้ฮาร์ดแวร์ควอนตัมจากผู้พัฒนาหลายๆ เจ้าได้ง่ายขึ้นผ่านระบบคลาวด์ เปรียบเสมือนการเปิดประตูให้คนจำนวนมากได้เข้ามาสัมผัสและเรียนรู้เทคโนโลยีแห่งอนาคตนี้

แล้วคำถามคือ เราจะใช้ควอนตัมคอมพิวเตอร์ทำอะไรใน "ก้าวต่อไป" นี้? คำตอบที่ชัดเจนจากเวทีเสวนา ไม่ใช่การนำมาใช้แทนคอมพิวเตอร์ทั่วไปที่เราใช้เปิดเว็บหรือพิมพ์งาน แต่เป็นการนำไปใช้ในฐานะ "เครื่องมือเร่งความเร็วเฉพาะทาง" (Specialized Accelerator) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การผสานพลังกับ AI และการคำนวณประสิทธิภาพสูง ซึ่งหนึ่งในแนวคิดคือ การใช้ควอนตัมคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างข้อมูลการฝึกอบรมคุณภาพสูงสำหรับ AI ลองนึกภาพว่า…

ให้ควอนตัวคอมพิวเตอร์จำลอง (Simulate) พฤติกรรมของสิ่งเล็กๆ ในธรรมชาติ เช่น โมเลกุลยา วัสดุใหม่ๆ ซึ่งเป็นเรื่องที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปทำได้ยาก ซึ่งผลลัพธ์จากการทำ Simulation ด้วยควอนตัมคอมพิวเตอร์ จะทำให้เราได้ข้อมูลจริงที่ถูกต้องมากๆ กับเรื่องที่เราต้องการศึกษา จากนั้นเราก็เอาข้อมูลนี้ไปสอน หรือฝึกให้โมเดล AI ที่รันบนคอมพิวเตอร์ะรรมดาเพื่อให้ AI เข้าใจสิ่งต่างๆ ได้ดีขึ้น สุดท้ายเราจะได้โมเดล AI ที่ฉลาดขึ้น สามารถนำไปใช้ต่อยอดบนคอมพิวเตอร์ทั่วๆ ไปที่เรามีอยู่เพื่อเร่งการค้นพบยาใหม่ การออกแบบวัสดุใหม่ ไปจนถึงการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ในรูปแบบอื่นๆ

สรุป

GTC Quantum Day 2025 แสดงให้เห็นว่าควอนตัมคอมพิวติ้งได้ก้าวข้ามจากการเป็นเพียงงานวิจัยในห้องทดลอง สู่สนามที่มีผู้เล่นหลากหลาย และมีการลงทุนอย่างจริงจัง แม้จะยังไม่มี "ผู้ชนะ" ด้านเทคโนโลยีที่ชัดเจน แต่ทิศทางมุ่งเน้นไปที่ การใช้งานเฉพาะทางที่มีมูลค่าสูง และการทำงานร่วมกับคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง รวมถึง AI 

แม้การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอุดมคติ (Universal Fault-Tolerant) ยังต้องใช้เวลา แต่ประตูสู่ควอนตัม กำลังเปิดกว้างขึ้นสำหรับภาคธุรกิจ และนักวิจัยที่พร้อมจะเข้ามาเรียนรู้และทดลอง ซึ่งแม้แต่ NVIDIA เองที่แม้ไม่ได้พัฒนาควอนตัมมาตั้งแต่แรก ก็ยังต้องเปิดศูนย์วิจัยควอนตัมแห่งแรกของตัวเอง ซึ่งจะทำงานร่วมกับนักวิจัยจาก MIT และ Harvard 

Jensen Huang ก็ยอมรับว่าตัวเองเข้าใจควอนตัมผิดไป หลังเคยพูดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานจริงต้องรออีก 20 ปี เห็นได้จากการตั้งศูนย์วิจัยแห่งนี้ 

อ้างอิง : งาน NVIDIA GTC 2025, QuEra