นักฟิสิกส์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (Caltech)
สถาบัน (Caltech) ได้สร้างอาร์เรย์คิวบิตขนาดใหญ่ที่สุดในโลก โดยมีจำนวนถึง 6,100 คิวบิต ซึ่งมากกว่าระบบก่อนหน้าที่มีเพียงหลักพันคิวบิต ถือเป็นการทำลายสถิติด้านการประมวลผลควอนตัมครั้งสำคัญ ความสำเร็จครั้งนี้อาศัยอะตอมซีเซียมที่ถูกดักจับด้วยแสงเลเซอร์ซับซ้อน ทำหน้าที่เสมือนแหนบเพื่อควบคุมและรักษาเสถียรภาพของอะตอม
ส่วนสถิติเดิมนั้นเคยทำได้มากกว่า 1,000 คิวบิต พัฒนาโดยบริษัท Atom Computing จากสหรัฐอเมริกา ซึ่งในปี 2023 ทีมวิจัยของบริษัทได้สร้างอาร์เรย์คิวบิตจากอะตอม ytterbium ได้มากถึง 1,225 ตำแหน่ง และใช้งานได้จริง 1,180 คิวบิต
คิวบิตกับหลักการซูเปอร์โพซิชัน
คิวบิตมีความแตกต่างจากบิตดั้งเดิม เนื่องจากใช้หลักการ ซูเปอร์โพซิชัน (Superposition) ทำให้สามารถอยู่ได้ทั้งในสถานะ 0 และ 1 พร้อมกัน การมีจำนวนคิวบิตมากขึ้นจึงช่วยให้อัลกอริทึมควอนตัมสามารถแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปไม่อาจทำได้ อีกทั้งยังช่วยรองรับการแก้ไขข้อผิดพลาด ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญต่อความเสถียรของการประมวลผล
ความก้าวหน้าเชิงเทคนิค
หนึ่งในความสำเร็จที่โดดเด่น คือ คิวบิตสามารถคงสถานะซ้อนทับได้นานเกือบ 13 วินาที ซึ่งยาวนานกว่าค่ากำหนดการก่อนหน้านี้เกือบสิบเท่า อีกทั้งยังสามารถจัดการแต่ละคิวบิตด้วยความแม่นยำสูงถึง 99.98% ถือเป็นเกณฑ์มาตรฐานใหม่สำหรับการเขียนโปรแกรมควอนตัม
กโยเฮย์ โนมูระ (Gyohei Nomura) นักฟิสิกส์กล่าวอธิบายเพิ่มเติมว่า “คิวบิตไม่มีประโยชน์ถ้าไม่มีคุณภาพ ตอนนี้เรามีทั้งปริมาณและคุณภาพ”
ขั้นตอนการดำเนินการวิจัย
1. การเตรียมและการทำให้อะตอมเย็นลง
ในขั้นแรก นักวิจัยได้เตรียมเลเซอร์ที่มีความถี่และความเข้มที่เหมาะสมสำหรับใช้งาน จากนั้นเลเซอร์เหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการทำให้อะตอมซีเซียม (Cesium) เย็นลงจนอยู่ในสภาวะที่สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ เพื่อเตรียมเข้าสู่ขั้นตอนการทดลองต่อไป
2. การส่งและการดักจับอะตอม
เมื่ออะตอมซีเซียมถูกทำให้เย็นลงแล้ว มันจะถูกส่งผ่านใยแก้วนำแสง (Optical fibers) ข้ามโต๊ะทดลองไปยังพื้นที่ที่ใช้สำหรับดักจับอะตอม นักวิจัยใช้เซลล์แก้ว (Glass cell) ที่ถูกปรับให้อยู่ในสภาวะสุญญากาศต่ำมาก ต่ำกว่าที่พบในชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ อะตอมเหล่านี้จะถูกยึดด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า Optical tweezers หรือ คีมหนีบแสง ซึ่งสามารถดักจับอะตอมได้มากถึง 6,100 อะตอม โดยแต่ละอะตอมสามารถใช้เป็นคิวบิตสำหรับการประมวลผลควอนตัมได้
3. การควบคุมและจัดการคิวบิต
และเพื่อให้สามารถจัดการอะตอมเหล่านี้ได้ นักวิจัยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า Acousto-optical deflector หรือ AOD ซึ่งทำหน้าที่ช่วยหยิบและเคลื่อนย้ายอะตอมไปมาภายในอาร์เรย์ของคิวบิตจำนวน 6,100 ตัว ความสามารถในการเชื่อมโยงอะตอมข้ามอาร์เรย์ หรือ การจัดเรียงอะตอมซีเซียมหลายพันตัว ถือเป็นคุณสมบัติเฉพาะของการประมวลผลควอนตัมด้วยอะตอมที่เป็นกลาง และยังเปิดทางให้นักวิจัยสามารถสร้างการควบคุมคิวบิตได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
4. การสังเกตการณ์และการเก็บข้อมูล
ทีมวิจัยได้ใช้ระบบควบคุมที่ส่งสัญญาณไปยังอุปกรณ์ พร้อมทั้งใช้กล้องถ่ายภาพอะตอมทุก ๆ วินาที ภาพที่ได้สามารถแสดงตำแหน่งของคิวบิตทั้ง 6,100 ตัว โดยแต่ละจุดในภาพแทนอะตอมหนึ่งอะตอมที่ถูกดักจับด้วย Optical tweezers ขนาดภาพทั้งหมดมีเพียงประมาณ 1 มิลลิเมตร แต่สามารถเก็บรายละเอียดได้ครบถ้วน
5. เป้าหมายการวิจัยถัดไป
แม้ความสำเร็จในการดักจับอะตอมจำนวนมหาศาลนี้ถือเป็นก้าวสำคัญ แต่ทีมวิจัยยังมุ่งเป้าหมายต่อไปในการสร้าง การพัวพันทางควอนตัม (Entanglement) ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญที่จะทำให้อะตอมคิวบิตเหล่านี้สามารถทำงานร่วมกันเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แท้จริงได้ ผลการทดลองที่สามารถควบคุมอะตอมได้ถึง 6,100 ตัว แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ว่าในอนาคตอันใกล้ เราอาจก้าวไปถึงระดับการประมวลผลที่มีอะตอมมากกว่า 10,000 ตัวได้อย่างแท้จริง
หรือสรุปสั้น ๆ ได้ว่า
นักวิจัยเริ่มจากการใช้เลเซอร์ทำให้อะตอมซีเซียมเย็นลง แล้วส่งผ่านใยแก้วนำแสงไปยังเซลล์แก้วในสภาวะสุญญากาศ ก่อนจะดักจับด้วยคีมหนีบแสงจนได้อะตอมมากถึง 6,100 ตัว มาใช้เป็นคิวบิต หลังจากนั้นใช้อุปกรณ์ AOD ควบคุมและเคลื่อนย้ายอะตอมในอาร์เรย์ พร้อมทั้งใช้กล้องบันทึกภาพคิวบิตทุกวินาที ผลลัพธ์นี้ไม่เพียงสร้างอาร์เรย์คิวบิตขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมี และยังเป็นก้าวสำคัญสู่การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แท้จริง โดยเป้าหมายถัดไป คือ การทำให้คิวบิตเหล่านี้เกิดการพัวพันทางควอนตัม เพื่อขยายสู่ระดับการประมวลผลที่เกิน 10,000 ตัวในอนาคต
เส้นทางสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมเต็มรูปแบบ
นักวิจัยย้ำว่า ความสำเร็จนี้ไม่ใช่การก้าวกระโดดเพียงครั้งเดียว แต่เกิดจากการพัฒนาวิศวกรรมต่อเนื่อง ตั้งแต่ระบบเลเซอร์ ห้องสุญญากาศ ไปจนถึงการปรับปรุงวิธีควบคุมอะตอมในระดับละเอียดมากขึ้น
จุดถัดไป คือ การพัฒนาวิธีใช้ประโยชน์จาก การพันกันควอนตัม (Entanglement) เพื่อยกระดับจากการเก็บข้อมูลไปสู่การประมวลผลจริง ซึ่งอาจนำไปสู่การค้นพบวัสดุใหม่ กฎฟิสิกส์ใหม่ หรือแม้แต่สสารรูปแบบใหม่
มานูเอล เอนเดรส (Manuel Endres) หนึ่งในทีมนักวิทยาศาสตร์กล่าวว่า “นี่คือช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นสำหรับการคำนวณควอนตัมแบบอะตอมเป็นกลาง ตอนนี้เราเห็นเส้นทางชัดเจนสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดได้” ขณะที่ฮันนาห์ มาเนทช์ (Hannah Manetsch) เสริมว่า “เราได้สร้างเครื่องจักรที่จะช่วยให้เราเรียนรู้จักรวาลในแบบที่กลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้นจะเปิดเผยได้”
ทีมนักวิจัยในครั้งนี้
มานูเอล เอนเดรส (Manuel Endres) หัวหน้าโครงการจาก Caltech
ฮันนาห์ มาเนทช์ (Hannah Manetsch) นักศึกษาบัณฑิตศึกษา ผู้ร่วมทดลอง
กโยเฮย์ โนมูระ (Gyohei Nomura) นักศึกษาบัณฑิตศึกษา ผู้ร่วมทดลอง
เอลี บาตาย (Elie Bataille) นักศึกษาบัณฑิตศึกษา ผู้ร่วมทดลอง
กอน เอช. เลือง (Kon H. Leung) สมาชิกทีมวิจัย
ซูตง ลู่ (Xudong Lv) อดีตนักวิจัยหลังปริญญาเอก (Postdoctoral scholar) ปัจจุบันสังกัด Chinese Academy of Sciences
งานวิจัยของ สถาบัน (Caltech) นี้ชื่อว่า A tweezer array with 6100 highly coherent atomic qubits ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 24 กันยายน 2025 ซึ่งตอกย้ำว่าการพัฒนาโปรเซสเซอร์ควอนตัมครั้งนี้คือก้าวใหญ่ที่จะปูทางไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่และใช้งานได้จริงในอนาคตอันใกล้
tags :http://Caltech
