ถ้าพลังงานไฟฟ้าไม่น้อยลงระหว่างการถ่ายทอดไฟฟ้าล่ะ
แล้วถ้าคอมพิวเตอร์มีความเร็วในการประมวลผลเลขชี้กำลังและความแม่นยำสมบูรณ์แบบล่ะ
ศาสตราจารย์ดันแคน ฮัลเดนเคยพยายามตอบคำถามนี้แล้ว ในฤดูใบไม้ผลิปี 2016 นักฟิสิกส์คนนี้และเพื่อนของเขาอีกสองได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในหัวข้อการค้นพบทางทฤษฎีของการส่งผ่านเฟสโทโพโลยีและสสารสถานะโทโพโลยี
พูดง่ายๆ ก็คือหลังจากที่ผ่านการทดลองมานับครั้งไม่ถ้วน พวกเขาพบว่าแม้แต่สสารที่เล็กมากๆ ก็สามารถแสดงสมบัติมหภาคและเข้าสู่สถานะโทโพโลยีได้
เพื่อจะให้เข้าใจมันหมายความว่าอย่างไร มันจะต้องใช้ความเข้าใจในเรื่องของโทโพโลยี
ทุกคนรู้ว่านักคณิตศาสตร์มองปัญหาจากมุมมองที่ต่างออกไป พวกเขาจะมองไปที่แก่นของปัญหาเหล่านั้นมีการศึกษามาแล้วว่าโทโพโลยีคือรูปร่างทางเรขาคณิตและพื้นที่ที่ไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างกระบวนการเปลี่ยนรูป
ตัวอย่างโทโพโลยีที่คลาสสิกที่สุดก็คือถ้วยกาแฟและโดนัทมีความเหมือนกันทางโทโพโลยี เพราะโดนัทมีรู ส่วนถ้วยกาแฟก็มีรูอยู่ตรงที่จับ
เนื่องจากทั้งโดนัทและถ้วยกาแฟมีรูหนึ่งรู เราก็สามารถเปลี่ยนโดนัทให้กลายเป็นถ้วยกาแฟได้ผ่านกระบวนการแปลงรูป แม้ว่ามันจะดูเป็นเรื่องเข้าใจยากสำหรับคนส่วนใหญ่ แต่จริงๆ แล้ว วิธีการเปลี่ยนรูปทางคณิตศาสตร์นี้คือจุดเริ่มต้นของการค้นพบที่น่าสนใจในสาขาอื่นๆ
เรื่องนี้เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะในสาขาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ การค้นพบที่ยอดเยี่ยมมากมายในปี 1980 ก็มาจากวิธีโทโพโลยีทำให้เกิดพื้นฐานทางทฤษฎี
เมื่อนานมาแล้วผู้คนปรับใช้โทโพโลยีในการแก้ปัญหาใหญ่ๆ ยังไม่มีการยืนยันว่าโทโพโลยีสามารถนำไปใช้ได้กับอนุภาคย่อยอย่างอิเล็กตรอนและโฟตอนได้หรือไม่
เพราะอนุภาคย่อยที่มีขนาดเล็กเหล่านี้ได้รับผลกระทบจากกฎพิเศษของฟิสิกส์ควอนตัมที่ว่าขนาด สมบัติ และแม้แต่รูปร่างของมันเปลี่ยนสภาพอยู่ตลอด
แต่นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลปี 2016 ได้ให้คำตอบที่สมบูรณ์กับคำถามนี้
นั้นก็คืออนุภาคย่อยเหล่านี้ที่อยู่ในโลกจุลภาคมีลักษณะเฉพาะโทโพโลยี
ทฤษฎีนี้ไม่มีผลกระทบต่อชีวิตประจำวันของมนุษย์ แต่มันเปิดโลกใหม่ให้วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์
ในโลกควอนตัมที่วิเศษนี้ วัสดุเหล่านี้ทำให้สสารสถานะพิเศษมีคุณสมบัติที่คงทนและไม่ธรรมดา ตัวอย่างที่ทั่วไปที่สุดก็คือทอพอโลคอลอินซูเลเตอร์
ลักษณะเฉพาะนี้ถูกพบในวัสดุแกรฟีน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงต้นกำเนิดของชิปวัสดุตัวนำยวดยิ่งที่ประกอบด้วยคาร์บอน SG-1
ในทางกลับกันสมบัตินี้ยังช่วยในเรื่องงานวิจัยการประมวลผลแบบควอนตัมอีกด้วย
คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้หลักการที่ว่าอนุภาคย่อยสามารถอยู่ในสภาพที่แตกต่างกันในเวลาเดียวกัน และมันสามารถจัดเก็บข้อมูลที่เรียกว่าควอนตัมบิต (คิวบิต) เพราะลักษณะเฉพาะนี้ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถแก้ปัญหาได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปหลายเท่า
แต่ปัญหาก็คืออนุภาคย่อยที่จัดเก็บข้อมูลเปราะบางและไม่คงทน การรบกวนเพียงเล็กน้อยก็สามารถเปลี่ยนสภาพของมันได้
นี่คือสิ่งที่เรียกว่าสสารสูญเสียพฤติกรรมเชิงควอนตัม การรบกวนใดก็ตามในสภาพแวดล้อมกลศาสตร์ควอนตัมสามารถเปลี่ยนหรือแม้แต่ทำให้สภาพของคิวบิตพัวพันเสียหายได้
หนึ่งในวิธีที่จะแก้ปัญหานี้ก็คือใช้วิธีการลดเสียง หรือเทคโนโลยีป้องกันการแทรกแซง หรือจะใช้ทั้งสองวิธีก็ได้ ไม่ว่าจะมีการปรับใช้เทคนิคไหนก็ตาม พวกเขาจะต้องหาทางทำให้อนุภาคย่อยคงทน
นี่คือหนึ่งในปัญหาหลักของงานวิจัยและการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม
มันคือสิ่งที่ลู่โจวกำลังทำวิจัยอยู่…
สถาบันจินหลิงเพื่อการศึกษาขั้นสูง ห้องทดลองชั้นใต้ดินระดับที่สาม
ตอนนี้ห้องว่างที่ใช้ในการจัดเก็บตัวอย่างเต็มไปด้วยอุปกรณ์ที่เพิ่งซื้อมาใหม่ๆ
รวมไปถึงเครื่องวัดคุณสมบัติทางฟิสิกส์ เครื่องวัดก้าว เครื่องวัดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ เครื่องทดสอบแมกนีโตรีซีสแทนซ์อุณหภูมิสูง อุณหภูมิต่ำ และเครื่องแช่เยือกแข็งต้นกำเนิด แม้ว่าจะไม่ใช่อุปกรณ์ที่ครบชุด แต่มันก็มีอุปกรณ์ที่จำเป็นทั้งหมด
อีกอย่างนอกเหนือจากอุปกรณ์ที่สำคัญไม่กี่ชิ้นแล้ว เขาก็ยังมีเครื่องพิมพ์สามมิติฉายแสงยูวีที่มาพร้อมความแม่นยำถึง 8 ไมครอน มันใช้สำหรับพิมพ์แบบพลาสติกที่ใช้ในการทดลอง
แผ่นฟิล์มใสขนาดเท่าหัวแม่มือถูกวางลงบนเครื่องเคลือบแม็กนิตรอนอะตอม ลู่โจวใช้ข้อมูลจากการทดลองอย่างระมัดระวังในการตั้งค่าตัวแปรการทดลองในคอมพิวเตอร์
หลังจากที่ทำทุกอย่างเสร็จแล้ว ในที่สุดเขาก็ถอดหายใจด้วยความโล่งใจและกดปุ่มตกลงบนแป้นคีย์บอร์ด
สัญญาณไฟเขียวสว่างขึ้น เครื่องจักรด้านในห้องทดลองเริ่มทำงาน
ลู่โจวถือถ้วยกาแฟในมือและนั่งลงบนเก้าอี้ เขามองนาฬิกาและสงสัยว่าเขาจะทำอะไรเพื่อฆ่าเวลาได้บ้าง จู่ๆ โดรนของเสี่ยวไอก็บินมาจากข้างๆ
เสี่ยวไอ [เจ้านาย เจ้านาย! มีบางอย่างที่วิเศษมากเพิ่งจะเกิดขึ้น! (≧ω≦*)]
ลู่โจวมองไปที่หน้าจอเล็กๆ ที่ลอยอยู่ในอากาศและถาม “เธอเพิ่มระดับแล้วเหรอ”
เสี่ยวไอ [อะไรกัน เจ้านายรู้แล้วเหรอ (°△°|||)]
ลู่โจว “…”
มันเพิ่มระดับหรือลดระดับกันแน่นะ
ลู่โจวถอนหายใจและไม่สนใจปัญญาประดิษฐ์ปัญญาอ่อน เขาหลับตาและเข้าสู่พื้นที่ระบบ
การรวบรวมคะแนนประสบการณ์ของปัญญาประดิษฐ์ประสานกับคะแนนประสบการณ์วิทยาการสารสนเทศ ทันทีที่ระดับของเสี่ยวไอขึ้นไปเป็นระดับที่ 4 ระดับวิทยาการสารสนเทศของเขาก็จะขึ้นจากระดับที่ 4 เป็นระดับที่ 5
ถึงแม้ว่าเขาจะไม่ได้อยู่ในพื้นที่ระบบก็ตาม เขาก็สามารถเห็นการแจ้งเตือนของการอัพเกรดของเขา
[…]
[วิทยาการสารสนเทศ: เลเวล 5 (0/300,000)]
หลังจากที่ลู่โจวมองดูแถบลักษณะพิเศษของเขา เขาลูบคางตัวเอง
อย่างที่เขาคิดเอาไว้ เขาสามารถเพิ่มคะแนนประสบการณ์ปัญญาประดิษฐ์โดยการให้เสี่ยวไปสำรวจพฤติกรรมของมนุษย์ในโลกเสมือน จริงๆ แล้วดูเหมือนว่าปัญญาประดิษฐ์จะต้องใช้ความรู้ทางสังคม
แต่ลู่โจวไม่ค่อยให้ความสนใจกับพัฒนาการของเสี่ยวไอขนาดนั้น หลังจากที่ตรวจสอบแถบลักษณะเฉพาะของตัวเองในพื้นที่ระบบเขาก็กลับมาที่โลกแห่งความจริง
เขาเปิดตาและจ้องไปที่โดรนที่ลอยอยู่ตรงหน้า
เสี่ยวไอ [เจ้านาย เจ้านายจะไม่ชื่นชมเสี่ยวไอหน่อยเหรอ? (*/ω*)]
ลู่โจว “อ่า ทำดีมาก”
เสี่ยวไอ [ขอบคุณค่ะ!]
ลู่โจวแสร้งทำเป็นมองไม่เห็นข้อความบนจอ เขามองนาฬิกาขณะที่พูด
“…ฉันว่ามันใกล้จะได้เวลาแล้วนะ”
ไฟที่อยู่บนเครื่องจักรเปลี่ยนจากสีเขียวเป็นสีแดง
ลู่โจวพูดขึ้นทันที “เสี่ยวไอ เปิดเครื่องแช่เยือกแข็งต้นกำเนิด”
เสี่ยวไอ [โอเค… (○`3′○)]
แม้ว่าเสี่ยวไอจะดูฝืนใจ แต่มันก็ยังทำตามคำสั่งของลู่โจว
ลู่โจวรู้สึกว่าคู่หูของเขาเหมือนจะมีความรู้สึกมากขึ้นเรื่อยๆ ราวกับว่ามันเหมือนมนุษย์เข้าไปทุกที
ลู่โจวเองก็ไม่แน่ใจว่ามันเป็นเรื่องที่ดีหรือเปล่า
เพราะท้ายที่สุดแล้ววิธีที่ปัญญาประดิษฐ์ประมวลผลข้อมูลกับวิธีที่สมองมนุษย์ประมวลผลข้อมูลก็แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง คนหนึ่งใช้ตรรกะในการระบุอารมณ์ ส่วนอีกคนใช้อารมณ์ในการขับเคลื่อนตรรกะ
บางทีปัญญาประดิษฐ์อาจจะเป็นสายพันธุ์ใหม่ก็ได้
สรุปตอนนี้ก็ยังเร็วเกินไป
ในฐานะผู้ปกครองของเสี่ยวไอ ลู่โจวมีหน้าที่สังเกตการเจริญเติบโตของเสี่ยวไอ
แต่จนกระทั่งตอนนี้ดูเหมือนว่าเจ้าเครื่องนี้ยังคงเชื่อฟังอยู่ เสี่ยวไอรับบทเป็นผู้ช่วยทั้งในชีวิตลู่โจวและในเรื่องงานวิจัยวิทยาศาสตร์ของเขา เสี่ยวไอทำตามคำสั่งโดยไม่มีการต่อรองอยู่เสมอ
บางทีฉันกังวลมากไปไหมนะ
เพราะความช่วยเหลือของเสี่ยวไอ ลู่โจวถ่ายโอนตัวอย่างชิปคาร์บอนเยือกแข็งจากเครื่องเคลือบแม็กนิตรอนอะตอม หลังจากนั้นเขาใช้กล้องจุลทรรศน์ตรวจสอบจุลภาคโลหะในการวิเคราะห์ฟิล์มก่อนที่จะบันทึกผลการทดลอง
เขามีคะแนนทั่วไปมากกว่า 30,000 คะแนน จากในระบบพบว่าเขาต้องการคะแนนทั่วไป 120,000 คะแนนสำหรับพิมพ์เขียวครบชุดเพื่อเทคโนโลยีการประมวลผลแบบควอนตัม
จริงๆ แล้วตัวเลขนี้ช่างมหาศาลจริงๆ
ถ้าเขาแยกปัญหาออกเป็นส่วนๆ แล้วแก้ส่วนของเทคโนโลยีก่อน จะสามารถลดคะแนนทั่วไปได้มากกว่า 80%!
จนถึงตอนนี้เขาใช้คะแนนทั่วไปไปแล้ว 20,000 คะแนนเพื่อแก้ปัญหาคอขวดในงานวิจัย เขาใช้ความรู้ของเขาในเรื่องวัสดุคาร์บอน ฉนวนมอต และอนุภาคมาจอรานาในการแก้ปัญหาพื้นฐาน
ตัวอย่างเช่น เขาวางทอพอโลคอลอินซูเลเตอร์อนุภาคมาจอรานาด้วยวัสดุตัวนำยวดยิ่งที่มีขนาดกว้างเท่ากับหนึ่งมวลอะตอม มันจะไม่ส่งผลกับความคงทนของอนุภาคมาจอรานา
อนุภาคย่อยของอะตอมสามารถป้องกันจากการแทรกแซงได้ โดยการใช้วัสดุทอพอโลคอลเฟสพิเศษ
โดยทั่วไปแล้วรูปทรงคิวบิตจะไม่ถูกเจือปนเนื่องจากสิ่งรบกวนเพียงเล็กน้อย มันคงทนกว่าคิวบิตทั่วไป ซึ่งทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถคำนวณหาคำตอบที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพมากกว่า
มันช่วยให้ลู่โจวได้ประหยัดคะแนนทั่วไปได้ถึง 100,000 คะแนน
ดังนั้นเขาสามารถใช้คะแนนทั่วไปของเขาสำหรับปัญหาที่ยากกว่านี้
นี่คือหนึ่งในเหตุผลที่ว่าทำไมความรู้จึงเป็นพลัง
หลังจากที่ครุ่นคิดเรื่องการขั้นตอนสุดท้ายของการทดลองแล้ว ลู่โจววางแผ่นกราฟีนใสบนแม่แบบวงจรที่เขาเตรียมไว้
เขายิ้มอย่างจริงใจราวกับว่าสิ่งที่เขาต้องอยู่คืองานศิลปะ
“การทดสอบทุกอย่างเป็นไปอย่างที่เราคาดไว้”
“สมบูรณ์แบบ! “
“อย่างที่คิดไว้ อนุภาคมาจอรานาคือทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการประมวลผลแบบควอนตัม”
สิ่งที่เหลือที่ต้องทำก็คือทดสอบว่าคะแนนทั่วไป 20,000 คะแนนนั้นคุ้มค่าหรือเปล่า
ขณะที่ลู่โจวกำลังจะกดปุ่มเปิด หัวใจของเขาแทบจะหลุดออกมาจากอก
ทันทีที่เขากดปุ่ม ชิปคอมพิวเตอร์ที่มีลักษณะเหมือนฟิล์มเริ่มทำงานบนสคริปต์ สัญญาณเกิดขึ้นจากวงจรตรรกะและถูกถ่ายทอดมาจากหน้าจอ ไม่นานนักตัวละครก็ปรากฏขึ้นบนหน้าจอ
[สวัสดีชาวโลก]
ตอนที่ลู่โจวเห็นตัวละครในหน้าจอ เขากำหมัดแน่นและแทบจะตกเก้าอี้
“เยส!”
ลู่โจวตกใจกับปฏิกิริยาของตัวเอง เขารีบตรวจสอบสภาพการทำงานของเครื่องจักร
หลังจากที่เขาเห็นชิปคอมพิวเตอร์ที่มีลักษณะเหมือนแผ่นฟิล์มทำงานเสถียรและไม่เกิดการพังทลายของความพัวพันคิวบิต ในที่สุดลู่โจวก็มีรอยยิ้มบนใบหน้าเสียที
ดูเหมือนว่าครั้งนี้….เราทำได้!
……………………
