คอมพิวเตอร์ควอนตัม

บทนำ · ข่าวนี้สำคัญอย่างไร

คอมพิวเตอร์ควอนตัม

ต้นเดือนตุลาคม 2026 ดาร์ปา (DARPA สำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหมของสหรัฐฯ) ประกาศว่า Atom Computing, Diraq, IBM และ IonQ ผ่านเข้าสู่ Stage C ของโครงการ Quantum Benchmarking Initiative ซึ่งเป็นรอบสุดท้าย ทีมของดาร์ปาจะทดสอบฮาร์ดแวร์จริงของแต่ละบริษัทว่าทำงานได้ตามแผนที่ประกาศไว้หรือไม่ ส่วน Microsoft และ PsiQuantum อยู่ในรอบเดียวกันนี้ผ่านโครงการนำร่องก่อนหน้า เบื้องหลังการทดสอบมีคำถามที่ใหญ่กว่านั้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร ทำอะไรได้บ้าง และกระแสตื่นเต้นทั้งหมดนี้มีส่วนไหนที่เป็นของจริง

อยู่ในรอบสุดท้าย

4 + 2

บริษัทใหม่สี่แห่ง รวมกับ Microsoft และ PsiQuantum

เป้าหมาย

2033

จะมีแนวทางใดไปถึง “ระดับใช้งานคุ้มค่า” ได้หรือไม่

ดาร์ปานิยาม “ระดับใช้งานคุ้มค่า” (utility scale) ว่า

มูลค่าของผลลัพธ์ที่คอมพิวเตอร์สร้างได้ สูงกว่าต้นทุนการลงทุนและการดำเนินงานทั้งหมด

คิวบิตสี่แบบกำลังแข่งกัน ได้แก่ อะตอมเป็นกลาง สปินในซิลิคอน วงจรตัวนำยวดยิ่ง และไอออนที่ถูกกักไว้

ภาพสามมิติคือตู้เย็นเจือจาง (dilution refrigerator) แบบย่อ หรือ “โคมระย้า” สีทองที่ใช้หล่อเย็นชิปควอนตัมแบบตัวนำยวดยิ่ง ของจริงจะถูกซ่อนอยู่ในกระบอกโลหะหลายชั้น

วิธีใช้: เลือกบทที่แถบใต้ภาพ หรือกด ← → เพื่อเปลี่ยนขั้น · ปุ่ม ▶ เล่นขั้นนั้น · ลากเพื่อหมุน เลื่อนหรือถ่างนิ้วเพื่อซูม · ปุ่มบนภาพใช้ทดลองควอนตัมด้วยตัวเอง · “เล่นทั้งเรื่อง” จะเล่นทุกขั้นแบบเต็มจอ

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): DatacenterDynamics: DARPA QBI Stage C (Oct 2026); Quantum Computing Report: DARPA selects four companies for Stage C

บทที่ I · ขั้นที่ 1

บิตกับคิวบิต

คิวบิตสร้างได้จากระบบควอนตัมอะไรก็ได้ที่มีสองสถานะแยกกันชัดเจน เช่น สปินของอิเล็กตรอน หรือระดับพลังงานสองระดับของอะตอม เขียนสถานะได้เป็น α|0⟩ + β|1⟩ โดย แอมพลิจูด (amplitude) α และ β เป็นจำนวนเชิงซ้อน คำว่า “คิวบิต” (qubit) ใช้ครั้งแรกโดยเบนจามิน ชูมาเคอร์ ในปี 1995

1 บิต

0 หรือ 1

ค่าใดค่าหนึ่งจากสองค่า

1 คิวบิต

α|0⟩ + β|1⟩

โดยที่ |α|² + |β|² = 1

n คิวบิต

2ⁿ แอมพลิจูด

หนึ่งค่าต่อรูปแบบบิตแต่ละแบบ

50 คิวบิต

~1.1 × 10¹⁵

2⁵⁰ แอมพลิจูด

นี่คือเหตุผลที่คอมพิวเตอร์ธรรมดาจำลองสถานะควอนตัมได้ยากมาก แต่ไม่ได้แปลว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมเก็บคำตอบ 2ⁿ คำตอบไว้ให้เราอ่าน เพราะการวัด n คิวบิตจะได้บิตธรรมดากลับมาแค่ n บิต (ดูขั้นที่ 3) ในภาพ แท่งแต่ละแท่งคือแอมพลิจูดหนึ่งค่า ความสูงคือขนาด สีคือเฟส

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Qubit

บทที่ I · ขั้นที่ 2 · การซ้อนทับ

ลูกศรในทรงกลม

ทรงกลมบลอค (Bloch sphere) ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์เฟลิกซ์ บลอค ใช้แสดงสถานะบริสุทธิ์ทุกแบบของคิวบิตหนึ่งตัวเป็นจุดบนผิวทรงกลม ขั้วเหนือและขั้วใต้คือ |0⟩ และ |1⟩ จุดอื่นทั้งหมดคือการซ้อนทับ (superposition) ลูกศรเอียงมากแค่ไหนกำหนดโอกาสได้ 0 หรือ 1 ส่วนมุมรอบแกนตั้งคือ เฟสสัมพัทธ์ (relative phase) ซึ่งวัดตรง ๆ ไม่ได้ แต่เปลี่ยนผลของเกตที่ตามมา

1. X: หมุนครึ่งรอบรอบแกน x สลับ |0⟩ กับ |1⟩ เหมือนเกต NOT ธรรมดา
2. H (ฮาดามาร์ด): หมุนครึ่งรอบรอบแกนทแยงระหว่าง x กับ z เปลี่ยน |0⟩ ให้เป็นการซ้อนทับที่เท่ากัน
3. Z: หมุนครึ่งรอบรอบแกนตั้ง กลับเฟส โดยไม่เปลี่ยนโอกาส
4. S: หมุนหนึ่งในสี่รอบรอบแกนตั้ง

ในภาพ |+⟩ และ |−⟩ คือการซ้อนทับที่เท่ากันสองแบบซึ่งมีเฟสตรงข้ามกัน ลำดับ H, Z, H เปลี่ยน |0⟩ เป็น |1⟩ ได้ ทั้งที่ H หรือ Z เพียงตัวเดียวไม่เคยเปลี่ยนโอกาสได้ 1 ไปจาก 50% โปรแกรมคำนวณแต่ละเกตเป็นเมทริกซ์เชิงซ้อนขนาด 2 × 2 คูณกับสถานะจริง แล้วจึงแสดงการหมุนที่ตรงกัน

ใช้ปุ่มเกตในกล่องบนภาพ ปุ่ม “วัด” จะทำให้ลูกศรกระโดดไปที่ขั้วใดขั้วหนึ่ง

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Bloch sphere; Wikipedia: Qubit

บทที่ I · ขั้นที่ 3 · กฎของบอร์น

มองปุ๊บ หายปั๊บ

เมื่อวัดสถานะ α|0⟩ + β|1⟩ จะได้ 0 ด้วยความน่าจะเป็น |α|² และได้ 1 ด้วยความน่าจะเป็น |β|² หลังวัดแล้ว คิวบิตกลายเป็นสถานะที่รายงานออกมา แอมพลิจูดเดิมกู้คืนไม่ได้ เราจะรู้ค่าแอมพลิจูดได้ก็แต่ในเชิงสถิติ คือเตรียมสำเนาที่เหมือนกันจำนวนมากแล้ววัดทีละตัว

สถานะที่เตรียมไว้

เอียง 60°

cos²(30°) = 75% ได้ 0 และ 25% ได้ 1

วัดหนึ่งครั้ง

1 บิต

ไม่ว่าแอมพลิจูดจะเป็นเท่าใด

ดูตัวนับในกล่องบนภาพ ผลแต่ละครั้งสุ่มไม่แน่นอน แต่เมื่อนับรวมกันจะเข้าใกล้ 75 : 25 ลองเตรียมสถานะแบบอื่น หรือวัดทีเดียว 100 สำเนาก็ได้

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Qubit

บทที่ II · ขั้นที่ 4

เหรียญสองเหรียญที่ออกหน้าเดียวกันเสมอ

ใช้เกต H กับคิวบิต A แล้วตามด้วยเกต controlled-NOT (CNOT) จาก A ไป B จะเปลี่ยน |00⟩ เป็นสถานะเบลล์ (Bell state) (|00⟩ + |11⟩)/√2 สถานะนี้เขียนเป็น “สถานะของ A” คูณ “สถานะของ B” ไม่ได้ เมื่อวัดคู่นี้จะได้ 00 หรือ 11 อย่างละครึ่ง และไม่เคยได้ 01 หรือ 10

1. เริ่มต้น: |00⟩ ลูกศรทั้งสองชี้ขึ้น
2. H ที่ A: (|00⟩ + |10⟩)/√2 A อยู่ในสถานะซ้อนทับ B ยังเป็น 0
3. CNOT: (|00⟩ + |11⟩)/√2 ลูกศรทั้งสองหดเข้าหาจุดศูนย์กลาง ถ้ามองทีละตัว แต่ละคิวบิตเหมือนการโยนเหรียญที่สุ่มสมบูรณ์

ลูกศรแสดงสถานะเฉพาะตัว (reduced state) ของแต่ละคิวบิต ซึ่งคำนวณจากแอมพลิจูดทั้งสี่ค่า ลูกศรที่ยาวเป็นศูนย์แปลว่าคิวบิตนั้นพัวพันกับคู่ของมันเต็มที่ ความพัวพันใช้ส่งข้อความไม่ได้ เพราะแต่ละฝั่งเห็นเพียงผลที่สุ่มเท่านั้น

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Quantum entanglement

บทที่ II · ขั้นที่ 5 · 1935 → 2022

“ปฏิสัมพันธ์อันน่าขนลุกจากระยะไกล”

เป็นไปได้ไหมว่าผลทั้งสองถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าแล้ว เหมือนถุงมือคู่หนึ่งที่แยกใส่กล่องคนละใบ เบลล์พิสูจน์ว่าทฤษฎีแบบ “ตัวแปรซ่อนเร้นเฉพาะที่” (local hidden variables) ทุกแบบต้องเคารพขีดจำกัดว่าผลจะสัมพันธ์กันได้มากแค่ไหน กลศาสตร์ควอนตัมทำนายว่าขีดจำกัดนี้ถูกละเมิดได้ และการทดลองก็ยืนยันเช่นนั้น

• 1935 ไอน์สไตน์ พอโดลสกี และโรเซน: ปฏิทรรศน์ EPR
• 1947 ไอน์สไตน์เขียนในจดหมายถึงมักซ์ บอร์น ว่า “spukhafte Fernwirkung”
• 1964 ทฤษฎีบทของจอห์น เบลล์
• 1972 เคลาเซอร์และฟรีดแมน: พบการละเมิดอสมการเบลล์ครั้งแรก
• 1982 แอสเป: สลับการตั้งค่าเครื่องวัดขณะที่โฟตอนยังเดินทางอยู่
• 1998 ทีมของไซลิงเงอร์ที่อินส์บรุคปิดช่องโหว่เรื่องตำแหน่ง (locality loophole)
• 2015 การทดสอบที่ไม่มีช่องโหว่ ที่เดลฟต์ เวียนนา และโบลเดอร์
• 2022 รางวัลโนเบลแก่แอสเป เคลาเซอร์ และไซลิงเงอร์

เหตุผลการมอบรางวัล: “สำหรับการทดลองกับโฟตอนที่พัวพันกัน ซึ่งยืนยันการละเมิดอสมการเบลล์ และเป็นผู้บุกเบิกวิทยาการสารสนเทศควอนตัม” ในภาพ คิวบิตทั้งสองค่อย ๆ ลอยห่างกัน ผลที่ตรงกันไม่ขึ้นกับระยะทาง แต่ก็ยังใช้ส่งข้อความเร็วกว่าแสงไม่ได้

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Bell test; Wikipedia: Quantum entanglement; NobelPrize.org: Physics 2022

บทที่ III · ขั้นที่ 6 · 1992

คำตอบที่หักล้างกันเอง

คอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่ได้ “ลองทุกคำตอบพร้อมกัน” อย่างที่มักพูดกัน เพราะถ้าเป็นแบบนั้น การวัดก็จะได้คำตอบสุ่มมาแค่คำตอบเดียว พลังที่แท้จริงมาจากการแทรกสอด (interference) คือการจัดแอมพลิจูดให้เส้นทางไปสู่คำตอบผิดหักล้างกัน และเส้นทางไปสู่คำตอบถูกเสริมกัน

ปัญหาของดอยช์–โจซา (เดวิด ดอยช์ และริชาร์ด โจซา, 1992) คือตัวอย่างคลาสสิก มีฟังก์ชันที่รับอินพุต n บิต และรับประกันว่าเป็นแบบคงที่ หรือแบบสมดุล (ให้ค่า 1 กับอินพุตพอดีครึ่งหนึ่ง) คอมพิวเตอร์ธรรมดาอาจต้องตรวจเกินครึ่งหนึ่งเล็กน้อย คือ 2ⁿ⁻¹ + 1 อินพุต แต่อัลกอริทึมควอนตัมเรียกใช้ฟังก์ชันเพียงครั้งเดียว

1. H กับทุกคิวบิต: ทั้งแปดอินพุตมีแอมพลิจูดเท่ากันที่ 1/√8
2. ออราเคิล: คูณแอมพลิจูดด้วย −1 ทุกตำแหน่งที่ฟังก์ชันให้ค่า 1
3. H กับทุกคิวบิตอีกครั้ง แล้ววัด ถ้าคงที่จะได้ 000 เสมอ ถ้าสมดุลจะไม่มีวันได้ 000

แท่งที่อยู่เหนือเส้นคือแอมพลิจูดบวก แท่งที่อยู่ใต้เส้นคือแอมพลิจูดลบ นี่เป็นปัญหาของเล่น แต่แสดงหลักการสำคัญที่อยู่เบื้องหลังอัลกอริทึมจริง

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Deutsch–Jozsa algorithm; Wikipedia: Quantum computing

บทที่ III · ขั้นที่ 7 · 1996

หาเข็มในกองฟางให้เร็วขึ้น

อัลกอริทึมของโกรเวอร์ (Grover’s algorithm) ค้นหาในรายการ N รายการที่ไม่ได้เรียงลำดับ โดยเรียกออราเคิลราว (π/4)√N ครั้ง ขณะที่การค้นหาแบบธรรมดาต้องใช้ราว N ครั้ง เบนเนตต์ เบิร์นสไตน์ บราสซาร์ และวาซิรานี พิสูจน์ว่าไม่มีอัลกอริทึมควอนตัมใดทำได้ดีกว่าราว √N ความเร็วที่เพิ่มขึ้นจึงเป็นแบบกำลังสอง ไม่ใช่แบบเอกซ์โพเนนเชียล

8 รายการ 1 รอบ

78%

โอกาสเจอตัวที่ทำเครื่องหมายไว้

8 รายการ 2 รอบ

95%

จุดที่ควรหยุดพอดี

1,000,000 รายการ

~785 รอบ

(π/4)·√1,000,000

กุญแจของรหัสอย่าง AES

เพิ่มความยาวเป็นสองเท่า

กุญแจ 256 บิตยังให้ความปลอดภัยราว 128 บิต

เส้นสีทองคือค่าเฉลี่ยของแอมพลิจูด การ “กระจาย” (diffuse) แต่ละครั้งเปลี่ยนแอมพลิจูด a ทุกตัวเป็น 2 × ค่าเฉลี่ย − a ถ้าทำมากรอบเกินไปจะเลยเป้า และโอกาสจะลดลงอีก ลองกดปุ่มดูได้

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Grover’s algorithm; Wikipedia: Post-quantum cryptography

บทที่ IV · ขั้นที่ 8 · 1994

แยกตัวประกอบด้วยจังหวะ

อัลกอริทึมของชอร์ (Shor’s algorithm) แยกตัวประกอบจำนวนเต็ม N ได้ในเวลาที่เพิ่มขึ้นแบบพหุนามตามจำนวนหลัก ขณะที่วิธีแบบดั้งเดิมที่ดีที่สุดที่รู้จัก คือตะแกรงฟิลด์จำนวนทั่วไป (general number field sieve) ใช้เวลาแบบกึ่งเอกซ์โพเนนเชียล เมื่อจำนวนใหญ่มาก ช่องว่างนี้จึงกว้างมหาศาล

1. เลือกจำนวน a ที่ไม่มีตัวประกอบร่วมกับ N
2. ส่วนควอนตัม: หาคาบ r ที่ทำให้ aˣ mod N วนซ้ำ การแปลงฟูเรียร์ควอนตัม (quantum Fourier transform) ทำให้แอมพลิจูดแทรกสอดกันจนการวัดเผยค่า r ออกมา
3. ส่วนดั้งเดิม: ถ้า r เป็นเลขคู่ ค่า ห.ร.ม. ของ (a^r/2 − 1, N) และ (a^r/2 + 1, N) มักจะเป็นตัวประกอบ

รันบนฮาร์ดแวร์ครั้งแรก

2001

15 = 3 × 5 ด้วยสปินนิวเคลียสเจ็ดตัว (NMR)

ตีพิมพ์โดย

Vandersypen และคณะ วารสาร Nature

IBM Almaden และสแตนฟอร์ด

แท่งแสดงค่า aˣ mod 15 สำหรับ x = 0 … 15 สีเดียวกันแปลว่าค่าเท่ากัน คาบจึงเท่ากับความยาวของรูปแบบที่ซ้ำ ในอัลกอริทึมจริง คอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่ได้ไล่คำนวณค่าเหล่านี้ทีละตัว การแทรกสอดจะเผยเฉพาะคาบเท่านั้น ลองเลือก a ค่าอื่นด้วยปุ่ม บางค่าใช้ไม่ได้ อัลกอริทึมก็แค่สุ่มเลือกใหม่

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Shor’s algorithm; Vandersypen et al., factoring 15 with NMR (Nature 2001; arXiv); Physics Today (2002) on the first Shor demonstration

บทที่ IV · ขั้นที่ 9 · 1977 → 2025

แข่งกับเวลาเพื่อเปลี่ยนแม่กุญแจ

RSA (ริเวสต์ ชามีร์ และแอเดิลแมน, 1977) ปลอดภัยเพราะการคูณจำนวนเฉพาะขนาดใหญ่สองตัวนั้นง่าย แต่การย้อนกลับนั้นยาก อัลกอริทึมของชอร์ยังเจาะระบบกุญแจสาธารณะอื่นที่ใช้กันแพร่หลายซึ่งอาศัยลอการิทึมไม่ต่อเนื่อง (discrete logarithm) ได้ด้วย ส่วนรหัสลับอย่าง AES ได้รับผลกระทบน้อยกว่ามาก แค่ใช้กุญแจที่ยาวขึ้นก็พอ (ดูขั้นที่ 7)

ประเมินปี 2019 (RSA-2048)

20 ล้าน

คิวบิตที่มีสัญญาณรบกวน ราว 8 ชั่วโมง

ประเมินปี 2025 (Gidney)

< 1 ล้าน

คิวบิตที่มีสัญญาณรบกวน ไม่ถึงหนึ่งสัปดาห์ สมมติความผิดพลาดของเกต 0.1%

มาตรฐาน NIST วันที่ 13 สิงหาคม 2024

FIPS 203 ML-KEM · FIPS 204 ML-DSA · FIPS 205 SLH-DSA

พัฒนาจาก CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium และ SPHINCS+ เลือก HQC เป็นตัวสำรองเมื่อ 11 มีนาคม 2025 และ FALCON จะตามมาเป็น FIPS 206

“ดักเก็บไว้ก่อน ถอดรหัสทีหลัง” (harvest now, decrypt later): ข้อมูลที่ต้องเป็นความลับไปอีกหลายปีอาจถูกดักเก็บไว้ตั้งแต่วันนี้ แล้วถูกเจาะเมื่อมีเครื่องที่ใหญ่พอ ในภาพ ลูกศรสองชุดที่ต่างกันมาก (ชุด “ดี” ที่สั้น และชุด “เลว” ที่ยาวและเบี้ยว) สร้างกริดจุดชุดเดียวกันทุกประการ ถ้ามีชุดที่ดี การหาจุดกริดที่ใกล้เป้าเรืองแสงที่สุดทำได้ง่าย แต่ถ้ามีแค่ชุดที่เลว และกริดมีมิติจำนวนมากแทนที่จะมีแค่สองมิติ เชื่อกันว่าปัญหานี้ยากแม้แต่สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: RSA; Wikipedia: Shor’s algorithm; Gidney, How to factor 2048-bit RSA with less than a million noisy qubits (arXiv 2025); NIST CSRC: Post-Quantum Cryptography Standardization; Wikipedia: NIST PQC Standardization; Wikipedia: Post-quantum cryptography

บทที่ V · ขั้นที่ 10 · 1985 → 2025

เย็นกว่าห้วงอวกาศ

คิวบิตตัวนำยวดยิ่ง (superconducting qubit) คือวงจรไฟฟ้าที่กระแสไหลได้โดยไม่มีความต้านทาน รอยต่อโจเซฟสัน (Josephson junction ทำนายโดยไบรอัน โจเซฟสัน ในปี 1962) ทำให้ระดับพลังงานของวงจรห่างกันไม่เท่ากัน ระดับต่ำสุดสองระดับจึงใช้เป็น |0⟩ และ |1⟩ ได้ พัลส์ไมโครเวฟใช้หมุนคิวบิต และความยาวของพัลส์กำหนดมุมที่หมุน การออกแบบแบบทรานส์มอน (transmon) ที่เกิดขึ้นในปี 2007 ใช้อยู่ในหน่วยประมวลผลของ IBM และ Google

อุณหภูมิชิป

< 15 mK

ในตู้เย็นเจือจาง (ส่วนผสมฮีเลียม-3 กับฮีเลียม-4)

ห้วงอวกาศลึก

2.7 K

รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล อุ่นกว่าราว 200 เท่า

ความถี่คิวบิต

~5 GHz

ค่าที่พบบ่อย

ช่วงเวลาคงสภาพ (2025)

~1 ms

ทรานส์มอนที่ดีที่สุดคงสถานะได้ระดับมิลลิวินาที

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ 2025 (ประกาศ 7 ตุลาคม 2025)

จอห์น คลาร์ก (UC Berkeley), มีแชล เอช. เดอวอเรต์ (Yale, UC Santa Barbara), จอห์น เอ็ม. มาร์ตินิส (UC Santa Barbara)

“สำหรับการค้นพบการทะลุผ่านเชิงกลศาสตร์ควอนตัมระดับมหภาค และการควอนไทซ์พลังงานในวงจรไฟฟ้า”

อุณหภูมิของแต่ละแผ่นในภาพเป็นค่าโดยประมาณ และชั้นต่าง ๆ ถูกทำให้เรียบง่ายขึ้น ชิปด้านล่างแสดงคิวบิตเรียงเป็นตาราง 4 × 4 เพื่อประกอบความเข้าใจ

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Superconducting quantum computing; Wikipedia: Dilution refrigerator; Wikipedia: Josephson effect; Wikipedia: Cosmic microwave background; NobelPrize.org: Physics 2025; UC Santa Barbara: two quantum pioneers win the Nobel Prize; Wikipedia: John Clarke (physicist)

บทที่ V · ขั้นที่ 11

ไอออน อะตอม แสง และสปิน

ไอออนที่ถูกกักไว้

กับดักพอล + เลเซอร์

สนามไฟฟ้าที่สั่นกลับไปมายึดไอออนไว้ พัลส์เลเซอร์ทำหน้าที่เป็นเกตในเวลาระดับไมโครวินาที

Helios (Quantinuum, พ.ย. 2025)

98 คิวบิต

ไอออนแบเรียม ความแม่นยำเกตสองคิวบิต 99.921% เกตหนึ่งคิวบิต 99.9975%

อะตอมเป็นกลาง

แหนบแสง

อะตอมที่ถูกกระตุ้นสู่สถานะริดเบิร์ก (Rydberg) ขนาดใหญ่ส่งแรงต่อกันมากพอจะสร้างเกตสองคิวบิตได้

คาลเทค (ก.ย. 2025)

6,100 อะตอม

ซีเซียม คงสถานะได้ ~13 วินาที ความแม่นยำหนึ่งคิวบิต 99.98% ยังไม่ได้ทำให้พัวพันกัน

โฟตอน

อนุภาคของแสง

เครื่อง Jiuzhang ของจีน (2020) ส่งโฟตอน 76 ตัวผ่านเครือข่ายแสง

สปินในซิลิคอน

อิเล็กตรอนเดี่ยว

สร้างด้วยวิธีผลิตชิป Diraq เป็นหนึ่งในบริษัทที่ผ่านเข้า Stage C ของดาร์ปา

ข้อแลกเปลี่ยน: เกตตัวนำยวดยิ่งเร็วมาก แต่ชิปต้องเย็นจัด ส่วนไอออนและอะตอมเหมือนกันทุกตัวโดยธรรมชาติและคงสถานะได้นาน แต่เกตช้ากว่า โมเดลจำลองในภาพไม่ได้สัดส่วนจริง

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Trapped-ion quantum computer; Quantum Computing Report: Quantinuum Helios (Nov 2025); Wikipedia: Neutral atom quantum computer; Caltech: record 6,100-qubit array (Sep 2025); Wikipedia: Quantum computing; Quantum Computing Report: DARPA selects four companies for Stage C

บทที่ VI · ขั้นที่ 12 · 1995 →

เปราะบางโดยธรรมชาติ

ดีโคฮีเรนซ์ (decoherence) คือการที่คิวบิตสูญเสียความสัมพันธ์ทางเฟสเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งรอบตัว ซึ่งจำกัดจำนวนเกตที่ทำได้ก่อนคำตอบจะเลือนหายไป การแก้ความผิดพลาดเชิงควอนตัม (quantum error correction) เลี่ยงข้อห้ามเรื่องการคัดลอก ด้วยการเข้ารหัสคิวบิตเชิงตรรกะ (logical qubit) หนึ่งตัวไว้ในสถานะพัวพันของคิวบิตกายภาพ (physical qubit) หลายตัว แล้ววัดเฉพาะ “ซินโดรม” คือค่าภาวะคู่หรือคี่ที่บอกว่ามีความผิดพลาด แต่ไม่เปิดเผยข้อมูลที่เก็บไว้

• 1995 รหัส 9 คิวบิตของปีเตอร์ ชอร์
• 1996 รหัส 7 คิวบิตของแอนดรูว์ สตีน และรหัส 5 คิวบิต (ลาแฟลมและคณะ) ซึ่งเล็กที่สุดเท่าที่เป็นไปได้
• ปัจจุบัน รหัสพื้นผิว (surface code): ตรวจเฉพาะคิวบิตที่อยู่ติดกันบนตารางแบนราบ จึงเหมาะกับชิป

ทฤษฎีบทขีดเริ่ม (threshold theorem)

ถ้าอัตราผิดพลาดต่ำกว่าค่าวิกฤต จะกดความผิดพลาดให้ต่ำลงได้มากเท่าที่ต้องการ

เป้าหมายที่มักอ้างถึงคือราว 10⁻³ ต่อเกต

รหัสพื้นผิวระยะ d

2d² − 1

คิวบิตกายภาพต่อหนึ่งคิวบิตเชิงตรรกะในผังนี้ (49 ตัวเมื่อ d = 5)

ในภาพ ทรงกลมสีขาวคือคิวบิตข้อมูล แต่ละแผ่นคือจุดตรวจ แผ่นสีเขียวน้ำทะเลตรวจการพลิกบิต (ความผิดพลาด X) แผ่นสีอำพันตรวจการพลิกเฟส (ความผิดพลาด Z) ตัวถอดรหัสในภาพเป็นแบบอุดมคติ ตัวถอดรหัสจริงต้องเดาความผิดพลาดที่น่าจะเป็นที่สุดจากแผ่นที่สว่าง และต้องทำให้ทันเวลา

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Quantum decoherence; Wikipedia: Quantum error correction; Wikipedia: Quantum computing

บทที่ VI · ขั้นที่ 13 · 2024

ข้ามเส้นขีดเริ่ม

ผลงานจากชิป Willow ของ Google Quantum AI ตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อ 9 ธันวาคม 2024 แสดงหน่วยความจำแบบรหัสพื้นผิวที่อัตราผิดพลาดเชิงตรรกะลดลงเมื่อรหัสใหญ่ขึ้น นับเป็นการแสดงที่ชัดเจนครั้งแรกว่าทำงาน “ต่ำกว่าขีดเริ่ม” ได้ขณะที่ขยายขนาดรหัส

Willow

105 คิวบิต

ทรานส์มอนตัวนำยวดยิ่ง

รหัสระยะ 7

101 คิวบิต

ผิดพลาด 0.143% ต่อรอบการแก้

ตัวกดความผิดพลาดต่อขั้น (Λ)

2.14

เมื่อขยายจาก d เป็น d + 2

เทียบกับคิวบิตกายภาพที่ดีที่สุด

2.4×

อายุยืนกว่า

• ธ.ค. 2023 ทีมอะตอมเป็นกลาง (Bluvstein, Lukin และคณะ) ใช้หน่วยประมวลผล 48 คิวบิตเชิงตรรกะ
• เม.ย. 2024 Microsoft กับ Quantinuum: คิวบิตเชิงตรรกะ 4 ตัวจากไอออน 30 ตัว อัตราผิดพลาดต่ำกว่าระดับกายภาพได้ถึง 800 เท่า
• พ.ย. 2025 Quantinuum Helios รายงานคิวบิตเชิงตรรกะที่แก้ความผิดพลาดได้ 48 ตัว

ข้อควรระวัง: ส่วนใหญ่ยังเป็นการสาธิตหน่วยความจำและงานขนาดเล็ก ไม่ใช่อัลกอริทึมยาว ๆ ที่ทนต่อความผิดพลาดได้ ซึ่งเชื่อกันว่าต้องการอัตราผิดพลาดเชิงตรรกะราว 10⁻⁶ หรือต่ำกว่า ในกล่องบนภาพ ค่าสำหรับ d = 3 และ d = 5 คำนวณย้อนจาก Λ และค่าที่วัดได้จริงที่ d = 7

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Google Quantum AI, Quantum error correction below the surface code threshold (Nature, Dec 2024); Wikipedia: Willow processor; Wikipedia: Quantum error correction; Wikipedia: Neutral atom quantum computer; Quantum Computing Report: Quantinuum Helios (Nov 2025)

บทที่ VII · ขั้นที่ 14 · 2019 → 2025

ความได้เปรียบเชิงควอนตัม?

“ความเหนือกว่าเชิงควอนตัม” (quantum supremacy) หรือ “ความได้เปรียบ” (advantage) หมายถึงคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานบางอย่างได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ธรรมดาเครื่องใดก็ตาม งานที่เลือกมา เช่น การสุ่มผลลัพธ์จากวงจรแบบสุ่ม ถูกออกแบบให้จำลองได้ยาก ไม่ได้ออกแบบให้มีประโยชน์ และวิธีแบบดั้งเดิมก็พัฒนาขึ้นเรื่อย ๆ

Sycamore (2019)

200 วินาที

เทียบกับที่อ้างว่าวิธีดั้งเดิมต้องใช้ 10,000 ปี

IBM โต้แย้ง (2019)

~2.5 วัน

บนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Summit

ประเมินภายหลัง (2024)

~6 วินาที

บนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Frontier ด้วยวิธีเครือข่ายเทนเซอร์ที่ดีขึ้น

Willow (ธ.ค. 2024)

5 นาที

เทียบกับที่ประเมินไว้ 10²⁵ ปี

Quantum Echoes (Willow, ต.ค. 2025, Nature)

เร็วกว่า ~13,000 เท่า ในงานเฉพาะหนึ่งงาน

การคำนวณสหสัมพันธ์นอกลำดับเวลา (OTOC) ที่ “ตรวจสอบได้” เพราะคอมพิวเตอร์ควอนตัมเครื่องอื่นตรวจผลซ้ำได้

คำอ้างอื่น ๆ ได้แก่ เครื่อง Jiuzhang แบบโฟตอนของจีน (2020) และเครื่องอบอ่อนควอนตัม (quantum annealer) ของ D-Wave (2024) ซึ่งงานศึกษาในภายหลังโต้แย้งว่าคอมพิวเตอร์ธรรมดาทำได้ทัดเทียม แผนภูมิใช้สเกลลอการิทึม ขึ้นหนึ่งขั้นคือนานขึ้นหนึ่งหมื่นเท่า แท่งเวลาของวิธีดั้งเดิมสะท้อนเฉพาะอัลกอริทึมที่ดีที่สุดที่รู้จักในขณะนั้นเท่านั้น

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): Wikipedia: Sycamore processor; Wikipedia: Quantum supremacy; Wikipedia: Willow processor; Quantum Computing Report: Google’s Quantum Echoes (Oct 2025); Wikipedia: Quantum computing

บทส่งท้าย · 2026 →

คอมพิวเตอร์ชนิดใหม่

• 1935 ปฏิทรรศน์ EPR ตั้งคำถามกับความพัวพัน
• 1964 ทฤษฎีบทของเบลล์ทำให้ทดสอบได้
• 1982 ไฟน์แมน: ใช้ฮาร์ดแวร์ควอนตัมจำลองฟิสิกส์
• 1985 การทะลุผ่านเชิงควอนตัมระดับมหภาคในวงจรไฟฟ้า
• 1994 อัลกอริทึมแยกตัวประกอบของชอร์
• 1995 รหัสแก้ความผิดพลาดเชิงควอนตัมรหัสแรก
• 1996 อัลกอริทึมค้นหาของโกรเวอร์
• 2001 15 = 3 × 5 บนเจ็ดคิวบิต
• 2019 Sycamore อ้างความเหนือกว่าเชิงควอนตัม
• 2022 รางวัลโนเบลสำหรับการทดสอบเบลล์
• 2024 แก้ความผิดพลาดได้ต่ำกว่าขีดเริ่ม · NIST ประกาศมาตรฐานหลังยุคควอนตัม
• 2025 รางวัลโนเบลสำหรับวงจรควอนตัม
• 2026 ดาร์ปาเริ่มการทดสอบรอบสุดท้าย

IBM Starling (เป้าหมายของบริษัท)

2029

คิวบิตเชิงตรรกะ 200 ตัว 100 ล้านการดำเนินการ

DARPA QBI

2033

ไปถึงระดับใช้งานคุ้มค่าได้หรือไม่

ปีในแผนงานเป็นเป้าหมายของบริษัทเอง ไม่ใช่คำรับประกัน ภาพนิ่งเต็มจอทุกภาพสร้างด้วย AI เพื่อประกอบความเข้าใจ ไม่ใช่ภาพถ่ายจริง ภาพสามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่าย แต่คณิตศาสตร์ของคิวบิตในขั้นที่โต้ตอบได้ (เวกเตอร์สถานะและเกต) คำนวณอย่างแม่นยำ

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ)

DatacenterDynamics: DARPA QBI Stage C (Oct 2026)
Quantum Computing Report: DARPA selects four companies for Stage C
Wikipedia: Quantum computing
Wikipedia: Qubit
Wikipedia: Bloch sphere
Wikipedia: Quantum entanglement
Wikipedia: Bell test
NobelPrize.org: Physics 2022
Wikipedia: Deutsch–Jozsa algorithm
Wikipedia: Grover’s algorithm
Wikipedia: Shor’s algorithm
Vandersypen et al., factoring 15 with NMR (Nature 2001; arXiv)
Physics Today (2002) on the first Shor demonstration
Wikipedia: RSA
Gidney, How to factor 2048-bit RSA with less than a million noisy qubits (arXiv 2025)
NIST CSRC: Post-Quantum Cryptography Standardization
Wikipedia: NIST PQC Standardization
Wikipedia: Post-quantum cryptography
Wikipedia: Superconducting quantum computing
Wikipedia: Dilution refrigerator
Wikipedia: Josephson effect
Wikipedia: Cosmic microwave background
NobelPrize.org: Physics 2025
UC Santa Barbara: two quantum pioneers win the Nobel Prize
Wikipedia: John Clarke (physicist)
Wikipedia: Trapped-ion quantum computer
Quantum Computing Report: Quantinuum Helios (Nov 2025)
Wikipedia: Neutral atom quantum computer
Caltech: record 6,100-qubit array (Sep 2025)
Wikipedia: Quantum decoherence
Wikipedia: Quantum error correction
Google Quantum AI, Quantum error correction below the surface code threshold (Nature, Dec 2024)
Wikipedia: Willow processor
Wikipedia: Quantum supremacy
Wikipedia: Sycamore processor
Quantum Computing Report: Google’s Quantum Echoes (Oct 2025)
The Quantum Insider: IBM roadmap to Starling (Jun 2025)