สิบอันดับการประยุกต์ใช้งานควอนตัม (3)

มาดูอีกสามอันดับสำคัญของการประยุกต์ใช้งานกลศาสตร์ควอนตัมในโลกความเป็นจริง ที่ดูยิ่งใหญ่มากขึ้นกับสิ่งที่เล็กมากของศาสตร์แขนงนี้ และกำลังขับเคลื่อนจากอุปกรณ์เทียบวัดสู่ไอทีการสื่อสารกับการคำนวณที่รอคอย (มานานแสนนาน) … ตำแหน่งรองทั้งสามอันดับมีดังนี้

อันดับ 4. เทอร์โมมิเตอร์ความเที่ยงตรงสูงมาก (Ultra-precise Thermometers)

เทอร์โมมิเตอร์วัดไข้ในโรงพยาบาล หากนำมาวัดอุณหภูมิเพื่อการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่ต่ำมากในระดับหนึ่งในร้อยองศาสัมบูรณ์ เจ้าแท่งปรอทก็คงไม่ทำงานเป็นแน่แล้ว จึงต้องมีการพัฒนาเทอร์โมมิเตอร์ที่ใช้วัดอุณหภูมิในระดับนั้นให้ได้และด้วยความแม่นยำที่สูงอีก … ทำอย่างไร ?

การค้นหาและสร้างเทอร์โมมิเตอร์ความแม่นยำสูงมากเพื่อการนั้น นักวิทยาศาสตร์พบว่า ปรากฏการณ์การทันเนลหรือการลอดอุโมงค์แบบควอนตัม (quantum tunneling) ของคลื่นอิเล็กตรอนสามารถทำให้เกิดสัญญาณทางไฟฟ้าที่ขึ้นกับอุณหภูมิ ซึ่งสามารถวัดและนำมาใช้เป็นเทอร์โมมิเตอร์ที่ใช้บอกค่าอุณหภูมิที่มีระดับความเที่ยงมากได้

คงจะไม่ผิดที่จะบอกว่าจะไม่เจอควอนตัมเทอร์โมมิเตอร์ในร้านเครื่องมือทั่ว ๆ ไป จึงไกลตัวเรา ๆ ท่าน ๆ มากเชียว เพราะมันเป็นเครื่องมือวัดเฉพาะในห้องปฏิบัติการวิจัยสำหรับนักวิจัยที่ทำกับงานอุณหภูมิต่ำมาก ๆ และต่างก็หวังว่าจะได้ปรับปรุงความแม่นยำของเทอร์โมมิเตอร์แบบนี้ที่ใช้งานภายใต้สภาวะหลากหลายเพื่อพัฒนาสิ่งอื่นที่ยิ่งใหญ่ต่อไปได้ ... แม้มีผู้ใช้น้อยแต่ผลที่ได้ช่างยิ่งใหญ่นัก !

อันดับ3. ควอนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum Computers)

บทความที่ตีพิมพ์ในเดือนเมษายน ปีพ.ศ. 2508 ของกอร์ดอนมัวร์ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งบริษัทอินเทลได้ทำนายเกี่ยวกับอนาคตของคอมพิวเตอร์ไว้ว่า ความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์บนชิปคอมพิวเตอร์จะเพิ่มขึ้นสองเท่าทุก ๆ ช่วงประมาณเกือบสองปี โดยคำทำนายนี้ยังคงเป็นจริงแต่ก็ใกล้จะหมดอายุแล้ว ทั้งนี้เมื่อถึงปีพ.ศ. 2563 ขนาดของทรานซิสเตอร์แต่ละตัวจะเล็กลงจนเข้าสู่ย่านที่กฎทางควอนตัมมีผลต่อการทำงานหรือพัฒนาให้เล็กลงไปแบบเดิมๆ อีกไม่ไหวแล้ว

ขยับจากการต่อสู้กับกฎทางควอนตัมในโครงสร้างทรานซิสเตอร์ปัจจุบัน นักวิจัยได้พัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่ทำงานด้วยกฎทางควอนตัมแทน โดยมีข้อได้เปรียบกับการประมวลผลแบบขนาน (parallel processing) ที่สามารถทำงานหลายๆ อย่างพร้อมกันแทนที่จะทำตามลำดับเหมือนในคอมพิวเตอร์ทั่วไป ผลที่ได้คือประสิทธิภาพที่สูงมาก (คาดการณ์กันไว้สุดฤทธิ์) แบบที่โลกไม่เคยเห็นมาก่อน

ก่อนที่จะมีควอนตัมคอมพิวเตอร์ให้ใช้งานจริงแบบแพร่หลายได้ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกยังต้องพยายามแก้ปัญหาที่ท้าทายอยู่อีกหลายประการ แม้บริษัทD-Wave สัญชาติแคนาดาผู้ประกาศตัวว่าสร้างได้แล้วและขายให้กูเกิล นาซา และล็อกฮีดมาร์ตินแล้วด้วย แต่...ยังคงถูกแย้งยันหัวชนฝาว่าเป็นควอนตัมแท้หรือเทียม ยังมีข้อมูลมาถกเถียงกันรายเดือน และยังไม่ได้ข้อยุติแม้ขายได้แล้ว

อันดับ2. การสื่อสารแบบทันทีทันใด (Instantaneous Communication)

อาจคิดกันว่า โทรศัพท์เคลื่อนที่ อีเมล และการส่งข้อความสั้นผ่านแอปใดๆ เป็นการสื่อสารแบบทันทีทันใด แต่จริง ๆ แล้ว เสียง อีเมลและข้อความ ต้องใช้เวลาเล็กน้อยในการเดินทาง ซึ่งก็มิใช่ปัญหาใหญ่นักในการสื่อสารบนโลก แต่ในอนาคตมนุษย์ต้องเดินทางในอวกาศ การสื่อสารด้วยความเร็วแสงก็อาจยังไม่เร็วพอ นักวิทยาศาสตร์คิดกันว่ากลศาสตร์ควอนตัมเป็นกุญแจที่จะใช้สร้างการสื่อสารแบบทันทีทันใดได้โดยไม่ขึ้นกับระยะห่างระหว่างกันในอวกาศ (อาจแถมกลับมาใช้บนโลกได้เร็วกว่าอินเทอร์เน็ตความเร็วสูงที่มีอยู่ด้วยอีก)

กุญแจสำคัญในการสร้างการสื่อสารแบบทันทีทันใดนี้คือ การพัวพันแบบควอนตัม (quantum entanglement) ที่ไอน์สไตน์เรียกว่า“spooky action at a distance” (แปลเพื่อการเรียนการสอนคือ“การกระทำที่ระยะไกล” ส่วนแบบทั่วไปคือ “ภววิสัยที่ห่างไกล”) เมื่อสองอนุภาคพัวพันกัน การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับอนุภาคหนึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแบบทันทีทันใดกับอีกอนุภาคหนึ่งซึ่งไม่ขึ้นกับระยะห่างระหว่างมัน หากแทนการเปลี่ยนแปลงนั้นด้วยข้อมูลก็จะทำให้เกิดการสื่อสารแบบทันทีทันใดได้ ทั้งนี้ มีการทดลองและใช้งานการพัวพันควอนตัมในระยะทางสั้นเกิดขึ้นมากมายแล้วทั่วโลกแล้ว (รวมทั้งในประเทศไทย) … แต่แบบไกลกันข้ามโลกนั้นคงยังไม่ต้องพูดถึง...อีกนาน (ควรนานกว่าฟุตบอลไทยจะได้ไปบอลโลก !)

เก้าอันดับแค่นี้ก็จินตนาการได้ยากพอดูแล้ว … แล้วอะไรรออยู่ลำดับหนึ่งนั้นกันล่ะกับประโยชน์จากกลศาสตร์ควอนตัมที่ทีวีสารคดี“ดิสคัฟเวอรี่ (Discovery)”จัดให้ พบกันในครั้งหน้ากับเจ้าสิ่งยิ่งใหญ่อันเป็นความหวังของนักวิทยาศาสตร์ (รวมทั้งนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์) นั้น...คืออะไร ?

สุวิทย์ กิระวิทยา

มหาวิทยาลัยนเรศวร

เกียรติศักดิ์ ศรีพิมานวัฒน์

ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ

"แสง-ควอนตัม-สื่อสาร-แอลอีดี"

facebook.com/QuantumCryptoThailand

(ECTI Info. & IEEE ComSoc Thailand)