คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีขอบสำหรับการตรวจสอบ NP

เป้าหมายหลักประการหนึ่งในการคำนวณควอนตัมคือการสาธิตการทดลองว่าเครื่องควอนตัมสามารถทำงานคำนวณบางอย่างได้เร็วกว่าแบบคลาสสิก ทีมนักวิจัยในฝรั่งเศสและสหราชอาณาจักรได้ดำเนินการโดยใช้การตั้งค่าการทดลองควอนตัมโฟโตนิกส์อย่างง่าย งานของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะตรวจสอบวิธีแก้ปัญหาที่จัดประเภทเป็น NP-complete 

โดยใช้โปรโตคอลการพิสูจน์เชิงโต้ตอบ

ที่เรียกว่าโพรโทคอลและมีเพียงข้อมูลที่ยังไม่ได้รับการยืนยันเกี่ยวกับโซลูชันเพียงเล็กน้อยเท่านั้น งานนี้เป็นหนึ่งในเหตุการณ์สำคัญล่าสุดหลายประการในการแสดงให้เห็นถึงความได้เปรียบด้านควอนตัม ในปี 2019 Google อ้างว่าเป็นเจ้าแรกที่เข้าเส้นชัยด้วยการตั้งค่าคิวบิต (ควอนตัมบิต) ตัวนำยิ่งยวดที่ตั้งโปรแกรมได้ 53 รายการ ไม่นานมานี้ทีมงานในประเทศจีนประกาศว่าพวกเขาได้ดำเนินการ “สุ่มตัวอย่างโบซอน” สำเร็จ ซึ่งเป็นงานที่ยากสำหรับคอมพิวเตอร์คลาสสิก อย่างไรก็ตาม งานวิจัยใหม่ซึ่งตีพิมพ์ในNature Communications ต่างจากผลลัพธ์ก่อนหน้านี้ ไม่เพียงแต่แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบของควอนตัม แต่ยังสัญญาว่าจะมีประโยชน์ในแอปพลิเคชัน เช่น การประมวลผลบนคลาวด์ควอนตัมที่ปลอดภัย

การตรวจสอบ NPแม้ว่าปัญหา NP-complete จะแก้ไขได้ยากอย่างมีประสิทธิภาพ แต่เมื่อพบวิธีแก้ปัญหาแล้ว ก็สามารถตรวจสอบได้เล็กน้อย ความท้าทายที่ทีมงานของ CNRS (ศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติของฝรั่งเศส) และมหาวิทยาลัยเอดินบะระมุ่งเน้นไปที่พื้นที่ตรงกลางระหว่างสองสิ่งนี้: การตรวจสอบวิธีแก้ปัญหาสำหรับปัญหา NP ที่สมบูรณ์เมื่อมีให้เพียงส่วนหนึ่งของวิธีแก้ปัญหานั้น

เมื่อขนาดของข้อความที่มีโซลูชันบางส่วน

หรือหลักฐานได้รับการแก้ไข จะสามารถแสดงให้เห็นว่าโปรโตคอลแบบคลาสสิกสำหรับการตรวจสอบโซลูชันจะใช้เวลาในการขยายขนาดแบบทวีคูณด้วยขนาดของข้อความ ในทางตรงกันข้าม สำหรับโปรโตคอลควอนตัม สเกลเป็นพหุนาม ซึ่งหมายความว่าสำหรับขนาดข้อความขนาดใหญ่ คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีในการตรวจสอบวิธีแก้ปัญหา ในขณะที่แบบคลาสสิกอาจใช้เวลาหลายปี

อ่านเพิ่มเติมภาพประกอบของโครงสร้างของแม่เหล็กควอนตัมที่จำลองโดยตัวประมวลผลควอนตัม D-Wave และตัวประมวลผลที่จำลอง  แม่เหล็กควอนตัมดูเหมือนตาข่ายของลูกบอลสี (เป็นตัวแทนของอะตอม) ที่จัดเรียงอยู่ในท่อกลวง  โปรเซสเซอร์ดูเหมือนชิปคอมพิวเตอร์

D-Wave แสดงให้เห็นถึงความได้เปรียบด้านประสิทธิภาพในการจำลองควอนตัม

อัลกอริทึมที่นักวิจัยใช้ในการสาธิตนี้เรียกว่าโปรโตคอลการพิสูจน์เชิงโต้ตอบ ที่นี่ ส่วนประกอบหนึ่งของการตั้งค่าการทดลองทำหน้าที่เป็น “ผู้พิสูจน์” โดยใช้พัลส์แสงที่สอดคล้องกันเพื่อส่งวิธีแก้ปัญหาบางส่วนไปยังปัญหา NP-complete ในรูปแบบของสถานะควอนตัม องค์ประกอบที่สองคือหน้าที่ของ “ผู้ตรวจสอบ” การตัดสินใจด้วยความแม่นยำสูงว่าโซลูชันนั้นถูกต้องหรือไม่โดยพิจารณาจากข้อมูลที่จำกัด เมื่อมีการวางขอบเขตบนความถูกต้องที่คาดหวังของตัวตรวจสอบ เช่นเดียวกับความเร็วและประสิทธิภาพของโปรโตคอลในแง่ของปริมาณข้อมูลที่สามารถสื่อสารได้ตลอดการโต้ตอบ เป็นไปได้ที่จะแสดงให้เห็นว่าอัลกอริทึมควอนตัมนั้นมีประสิทธิภาพเหนือกว่าความพยายามแบบดั้งเดิมมาก ที่ทำเช่นเดียวกัน

ควอนตัมคลาวด์คอมพิวติ้งการแสดงให้เห็นว่าอัลกอริธึมควอนตัมสามารถตรวจสอบวิธีแก้ไขปัญหา NP-complete ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลลัพธ์อาจช่วยให้มีแอปพลิเคชันใหม่ในการประมวลผลควอนตัมระยะไกลที่ปลอดภัย ลูกค้าที่มีเครื่องควอนตัมพื้นฐานสามารถตรวจสอบข้อมูลที่ได้รับจากเซิร์ฟเวอร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องเข้าถึงโซลูชันทั้งหมด 

ระบบการพิสูจน์ดังกล่าวสามารถสนับสนุนโปรโตคอล 

เช่น การระบุความปลอดภัย การรับรองความถูกต้อง หรือแม้แต่บล็อกเชนในอินเทอร์เน็ตควอนตัมในอนาคต Niraj Kumar นักวิจัยและผู้เขียนร่วมในเอดินบะระกล่าวว่า “ในยุคปัจจุบันที่เน้นความเป็นส่วนตัวของข้อมูลและการประมวลผลที่ปลอดภัย การสาธิตของเรายังเป็นหลักฐานที่น่าสนใจอีกชิ้นหนึ่งว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำงานได้ดีกว่าคอมพิวเตอร์รุ่นคลาสสิกในการบรรลุโซลูชันที่ปลอดภัย” บนกระดาษ

พวกเขาสังเกตเห็นว่าไม่มีความแตกต่างระหว่างแอมพลิจูดของการแกว่งที่ได้รับกับวิธีการของพวกเขาเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีตัวอย่างหลายตัวอย่าง สิ่งนี้เป็นการตรวจสอบว่าเทคนิคของพวกเขาไม่ทำให้เกิดการสูญเสียอะตอมและการแยกส่วนเพิ่มเติม แม้ว่าจะเพิ่มแบนด์วิดท์การตรวจจับเป็น 30 kHz

Garrido Alzar บอกPhysics Worldว่าขณะนี้พวกเขาวางแผนที่จะกำหนดลักษณะระดับเสียงของวิธีการตรวจจับแบบใหม่และตรวจสอบว่าจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์เฉื่อยควอนตัมอย่างไร

นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้ปรับปรุงความละเอียดในการถ่ายภาพดวงตามนุษย์ขึ้นหนึ่งในสาม สิ่งนี้ทำให้พวกเขามองเห็นภาพโมเสคของเซลล์รับแสงแบบแท่งและรูปกรวยที่ด้านหลังของดวงตาได้อย่างละเอียดยิ่งขึ้นกว่าที่เคยเป็นมา และช่วยให้สามารถประเมินเซลล์รับแสงแต่ละตัวได้ เทคนิคการถ่ายภาพแบบใหม่นี้สามารถช่วยในการตรวจหาโรคต่างๆ ในระยะเริ่มต้น เช่น การเสื่อมสภาพของจอประสาทตาที่เกี่ยวข้องกับอายุ และปรับปรุงการติดตามการรักษาโรคตา ทีมงานกล่าว

จอประสาทตาเสื่อมตามอายุเป็นโรคตาที่ลุกลามและเป็นสาเหตุสำคัญของการสูญเสียการมองเห็น ผู้ที่มีปัญหาจุดภาพชัดเสื่อมตามอายุจะสูญเสียความสามารถในการมองเห็นรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ในการมองเห็นส่วนกลาง เนื่องจากเซลล์ที่อยู่ตรงกลางของเรตินาได้รับความเสียหาย การวินิจฉัยและการรักษาตั้งแต่เนิ่นๆ มีความสำคัญต่อการรักษาสายตา ในการเสื่อมสภาพของเม็ดสีและโรคตาอื่นๆ

“เป้าหมายของการวิจัยของเราคือการมองเห็นการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับโรคในระดับเซลล์เมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งอาจช่วยให้สามารถตรวจหาโรคได้เร็วกว่ามาก” จอห์นนี่ แทมจากNational Eye Instituteในรัฐแมริแลนด์กล่าว นอกจากการปรับปรุงการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความเสื่อมของเนื้อเยื่อเรตินาแล้ว ความละเอียดของภาพที่เพิ่มขึ้นยังช่วยให้แพทย์เห็นว่าการรักษาโรคตาได้ผลหรือไม่ และช่วยในการพัฒนาและประเมินการรักษาแบบใหม่

Credit : zakopanetours.net ianwalk.com immergentrecords.com imperialvalleyusbc.org inmoportalgalicia.