ระบบปั้นอัจฉริยะ : Scholar's Advanced Technological System - ตอนที่ 1176 อนุภาคมาจอรานาและการสูญเสียพฤติกรรมของความพัวพันทางควอนตัม

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!

……………………