แคทเธอรีน โบลการ์ เปิดเผยว่า  ชิปควอนตัมมาโจรานา 1 (Majorana 1) ใช้ประโยชน์จากโทโพคอนดักเตอร์ตัวแรกของโลก ซึ่งเป็นวัสดุชนิดใหม่ที่สามารถสังเกตและควบคุมอนุภาคมาโจรานา เพื่อสร้างคิวบิตที่เชื่อถือได้และปรับขนาดได้มากขึ้น ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม เช่นเดียวกับที่สารกึ่งตัวนำเป็นรากฐานของสมาร์ตโฟน คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในปัจจุบัน โทโพคอนดักเตอร์และชิปมาโจรานา 1 จะปูทางไปสู่การพัฒนาระบบควอนตัมที่สามารถรองรับคิวบิตได้ถึงหนึ่งล้านหน่วย และแก้ปัญหาที่ซับซ้อนที่สุดทั้งในภาคอุตสาหกรรมและสังคม

ด้าน เชอแทน นายัค ผู้เชี่ยวชาญทางเทคนิคของไมโครซอฟท์ กล่าวว่า  เราลองถอยกลับมาหนึ่งก้าวเพื่อพิจารณาว่า ‘ถ้าจะสร้างทรานซิสเตอร์สำหรับยุคควอนตัม ทรานซิสเตอร์นั้นควรมีคุณสมบัติอย่างไร’ นั่นคือที่มาของการพัฒนาชิปมาโจรานา 1 การผสมผสานวัสดุคุณภาพสูงและรายละเอียดต่างๆ ทำให้เราสามารถสร้างคิวบิตแบบใหม่และสถาปัตยกรรมที่ล้ำสมัย

ไมโครซอฟท์ ระบุว่า สถาปัตยกรรมใหม่นี้ช่วยให้ชิปมาโจรานา 1 สามารถบรรจุคิวบิตได้ถึงหนึ่งล้านหน่วย ในขนาดพื้นที่เท่ากับฝ่ามือ ซึ่งเป็นก้าวสำคัญที่นำไปสู่การสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่แก้ปัญหาต่างๆ ในชีวิตจริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น การย่อยสลายไมโครพลาสติกให้เป็นสารที่ไม่เป็นอันตราย หรือการพัฒนาวัสดุที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ สำหรับอุตสาหกรรมก่อสร้าง การผลิต และการแพทย์ เพราะควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีคิวบิตหนึ่งล้านหน่วย จะสามารถประมวลผลข้อมูลได้มากกว่าคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องในโลกรวมกัน

“การพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์จะเกิดขึ้นได้จริง ต้องพัฒนาให้ถึงหนึ่งล้านคิวบิตเท่านั้น ไม่เช่นนั้นจะไปต่อไม่ได้ ซึ่งไมโครซอฟท์มีแผนที่จะไปให้ถึงจุดนั้น” นายัค กล่าว

สำหรับ โทโพคอนดักเตอร์ หรือที่ย่อมาจาก topological superconductor เป็นวัสดุพิเศษที่สามารถสร้างสถานะของสสารแบบใหม่ที่ไม่ใช่ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ แต่เป็นสถานะโทโพโลยี วัสดุนี้ถูกนำมาใช้สร้างคิวบิต ที่มีความเสถียร รวดเร็ว ขนาดเล็ก และควบคุมได้แบบดิจิทัล งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับล่าสุด อธิบายถึงวิธีการที่นักวิจัยของ ไมโครซอฟท์ สร้างและวัดคุณสมบัติควอนตัมของคิวบิตโทโพโลยี ซึ่งเป็นก้าวสำคัญสู่การนำไปใช้งานจริง

ความสำเร็จในครั้งนี้เกิดจากการพัฒนาวัสดุใหม่ที่ทำจากอินเดียมอาร์เซไนด์ (Indium arsenide) และอะลูมิเนียม (Aluminum) ซึ่งไมโครซอฟท์ออกแบบและสร้างขึ้นในระดับอะตอม โดยมีเป้าหมายคือการสร้างอนุภาคควอนตัม มาโจรานา และใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติพิเศษของสิ่งนี้ในการพัฒนาควอนตัมคอมพิวติ้งไปอีกขั้น

“ความก้าวหน้านี้ต้องอาศัยการพัฒนาโครงสร้างวัสดุแบบใหม่ทั้งหมดที่ประกอบด้วยอินเดียมอาร์เซไนด์ และอะลูมิเนียม ซึ่งไมโครซอฟท์ได้ออกแบบและสร้างขึ้นในระดับอะตอม โดยมีเป้าหมายเพื่อกระตุ้นให้เกิดอนุภาคควอนตัมชนิดใหม่ที่เรียกว่า ‘มาโจราน’ และใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเฉพาะตัวของมันในการก้าวไปสู่ขอบเขตใหม่ของการประมวลผลควอนตัม”

แกนโทโพโลยี (Topological Core) หรือแกนการเชื่อมโยงการรับส่งข้อมูลเข้าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรูปแบบต่างๆ แกนแรกของโลกที่ขับเคลื่อนมาโจรานา 1 ได้รับการออกแบบให้มีความเสถียรตั้งแต่ต้น ด้วยการผสานความสามารถในการต้านทานข้อผิดพลาดในระดับฮาร์ดแวร์ ทำให้มีเสถียรภาพสูงยิ่งขึ้น

ทั้งนี้ การประยุกต์ใช้ที่สำคัญในเชิงพาณิชย์จำเป็นต้องดำเนินการหลายล้านล้านครั้งบนคิวบิตนับล้าน ซึ่งแทบเป็นไปไม่ได้ด้วยวิธีการปัจจุบันที่ต้องอาศัยการควบคุมแบบแอนะล็อกที่แม่นยำสำหรับคิวบิตแต่ละตัว ด้วยเหตุนี้ทีมไมโครซอฟท์จึงพัฒนาวิธีวัดผลรูปแบบใหม่ที่ช่วยให้สามารถควบคุมคิวบิตแบบดิจิทัลได้ ซึ่งเป็นการปรับเปลี่ยนแนวคิดและลดความซับซ้อนของการประมวลผลควอนตัมอย่างมหาศาล

ความก้าวหน้านี้เป็นเครื่องพิสูจน์ว่าการเลือกพัฒนา “คิวบิตโทโพโลยี” ของไมโครซอฟท์เมื่อหลายปีก่อนเป็นแนวทางที่ถูกต้อง แม้จะเป็นความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่มีความเสี่ยงสูง แต่ผลลัพธ์ที่ได้รับก็คุ้มค่า ปัจจุบัน ไมโครซอฟท์สามารถนำคิวบิตโทโพโลยี จำนวนแปดตัวมาอยู่บนชิปที่ออกแบบมาเพื่อขยายขนาดให้รองรับได้ถึงหนึ่งล้านคิวบิตเลยทีเดียว

แมทเธียส ทรอยเออร์ ผู้เชี่ยวชาญทางเทคนิคของไมโครซอฟท์ กล่าวว่า  ตั้งแต่แรกเริ่ม เป้าหมายของเราคือการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อให้เกิดประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ ไม่ใช่เพียงเพื่อเป็นผู้นำทางความคิดเท่านั้น เรารู้ว่าต้องการคิวบิตรูปแบบใหม่ และเราต้องขยายขนาดให้ได้

แนวทางนี้จึงนำไปสู่ความร่วมมือกับ สำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหม (Defense Advanced Research Projects Agency: DARPA) ซึ่งเป็นหน่วยงานของรัฐบาลกลางสหรัฐ ที่ลงทุนในเทคโนโลยีล้ำสมัยเพื่อความมั่นคงของชาติ โดย DARPA ได้ดึงไมโครซอฟท์เข้าร่วมในโครงการที่เข้มข้นนี้ด้วย เพื่อประเมินว่าเทคโนโลยีควอนตัมเชิงนวัตกรรมสามารถสร้างระบบควอนตัมที่มีศักยภาพในเชิงพาณิชย์ได้เร็วกว่าแนวทางทั่วไปหรือไม่

ทั้งนี้ ไมโครซอฟท์เป็นหนึ่งในสองบริษัทที่ได้รับเชิญให้เข้าสู่ โครงการ Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC) ของ DARPA ในช่วงเฟสสุดท้าย ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ โครงการ Quantum Benchmarking Initiative ของ DARPA ที่มีเป้าหมายในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมระดับยูทิลิตี้ที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด หรือคอมพิวเตอร์ที่มีศักยภาพในการประมวลผลสูงกว่าต้นทุนที่ใช้ในการดำเนินการ

นอกจากการพัฒนาฮาร์ดแวร์ควอนตัมของตัวเองแล้ว ไมโครซอฟท์ยังได้ร่วมมือกับ ควอนทินิวอัม (Quantinuum) บริษัทควอนตัมคอมพิวติ้งครบวงจรรายใหญ่ที่สุดของโลก และอะตอมคอมพิวติ้ง (Atom Computing) บริษัทเทคโนโลยีชั้นนำ เพื่อสร้างความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมบนคิวบิตยุคปัจจุบัน รวมถึงการประกาศเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เชื่อถือได้เครื่องแรกของอุตสาหกรรมไปเมื่อปีที่แล้วอีกด้วย

เครื่องมือประเภทนี้เปิดโอกาสสำคัญในการพัฒนาทักษะด้านควอนตัม สร้างแอปพลิเคชันไฮบริด และขับเคลื่อนการค้นพบใหม่ ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อนำ AI มาผสานกับระบบควอนตัมแบบใหม่ที่ใช้คิวบิตที่เชื่อถือได้ในจำนวนมากขึ้น Azure Quantum ในปัจจุบันได้นำเสนอโซลูชันครบวงจร ที่ช่วยให้ลูกค้าใช้ประโยชน์จากแพลตฟอร์ม AI, การประมวลผลสมรรถนะสูง (High Performance Computing: HPC) และควอนตัมบน Azure เพื่อเร่งความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์

อย่างไรก็ตาม การไปให้ถึงขอบเขตใหม่ของการประมวลผลควอนตัม จำเป็นต้องมีสถาปัตยกรรมที่ได้รับการออกแบบให้สามารถรองรับคิวบิตระดับล้านขึ้นไป และดำเนินการหลายล้านล้านครั้งอย่างรวดเร็วและแม่นยำ ซึ่งการประกาศในวันนี้ของไมโครซอฟท์แสดงให้เห็นว่าเป้าหมายดังกล่าวอาจเกิดขึ้นได้ภายในเวลาเพียงไม่กี่ปี ไม่ใช่หลายทศวรรษตามที่เคยคาดการณ์กันไว้อีกต่อไป

เนื่องจากเครื่องควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีคิวบิตนับล้าน สามารถแก้ปัญหาบางอย่างที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปในปัจจุบันไม่สามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำ โดยเฉพาะในด้านเคมี วัสดุศาสตร์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ เพราะเครื่องเหล่านี้ใช้หลักกลศาสตร์ควอนตัมในการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายพฤติกรรมของธรรมชาติได้อย่างแม่นยำสูง ไม่ว่าจะเป็นปฏิกิริยาเคมี การทำงานร่วมกันของโมเลกุล หรือพลังงานของเอนไซม์

กรณีที่พบได้คือ เครื่องควอนตัมคอมพิวเตอร์สามารถช่วยไขปริศนาทางเคมีที่ซับซ้อน เกี่ยวกับสาเหตุที่ทำให้วัสดุเกิดการกัดกร่อนหรือแตกร้าว ความรู้นี้อาจนำไปสู่การพัฒนาวัสดุที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ เช่น ซ่อมรอยแตกบนสะพาน ชิ้นส่วนเครื่องบิน หน้าจอโทรศัพท์ที่แตก หรือแม้แต่รอยขีดข่วนบนประตูรถยนต์

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ ควอนตัมคอมพิวเตอร์จะช่วยให้วิศวกร นักวิทยาศาสตร์ บริษัท และอื่น ๆ สามารถออกแบบสิ่งต่าง ๆ ได้อย่างถูกต้องตั้งแต่ครั้งแรก ซึ่งจะสร้างการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในทุกวงการ ตั้งแต่การดูแลสุขภาพไปจนถึงการพัฒนาผลิตภัณฑ์ เมื่อนำพลังของควอนตัมคอมพิวเตอร์มาผนวกกับเทคโนโลยี AI แล้ว ทุกคนจะสามารถอธิบายความต้องการเกี่ยวกับวัสดุใหม่หรือโมเลกุลที่ต้องการสร้างด้วยภาษาธรรมดา ๆ และได้คำตอบที่ต้องการทันที โดยไม่ต้องคาดเดาหรือใช้เวลาหลายปีในการลองผิดลองถูก

“บริษัทใดก็ตามที่ผลิตสินค้า จะสามารถออกแบบผลิตภัณฑ์ได้อย่างสมบูรณ์แบบตั้งแต่ครั้งแรก เพราะเครื่องจะให้คำตอบที่ถูกต้องมาเลย โดยควอนตัมคอมพิวเตอร์จะสอนให้ AI เข้าใจ ‘ภาษา’ ดังนั้น AI จะสามารถบอกสูตรหรือวิธีการสร้างสิ่งที่คุณต้องการได้โดยตรง” ทรอยเออร์ กล่าวเสริม

มาโจรานา 1 ซึ่งเป็นชิปควอนตัมของไมโครซอฟท์ ที่มีทั้งคิวบิตและอุปกรณ์ควบคุมในตัว สามารถถือได้ในมือ และติดตั้งในคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่พร้อมใช้งานในศูนย์ข้อมูล Azure

“การค้นพบสถานะใหม่ของสสารเป็นสิ่งหนึ่ง แต่อีกสิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือ การนำมันมาใช้ให้เกิดประโยชน์ เพื่อปรับแนวคิดและขยายขอบเขตของการประมวลผลควอนตัม” นายัค กล่าว