การคำนวณควอนตัมแบบโฟโตนิกส์

 

แม้ว่าสถาปัตยกรรมแบบประสมทุกเพลตฟอร์มเชิงกายภาพจะมีความเป็นไปได้สูงในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเครื่องแรกที่สามารถจัดการปัญหาในชีวิตจริงที่ยากเกินกว่าจะแก้ไขได้ด้วยซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ เมื่อต้นปี พ.ศ. 2521 บนพื้นฐานของเทคโนโลยีแสงบีบอัด ผลึกแยกแสง และหัวนับโฟตอน วงจรประมวลผลโฟโตนิกส์ที่โปรแกรมและปรับขนาดได้ ได้รับพัฒนาจนสามารถกระทำตามคำสั่งในอัลกอริทึมควอนตัมอย่างง่าย ที่สำคัญคือบนเพลตฟอร์มโฟโตนิกส์นี้ ไม่มีความท้าทายเชิงเทคโนโลยีที่ยากลำบากขวางเส้นทางการไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนต่อข้อผิดพลาดเหลืออยู่เลย

 

เทคโนโลยีควอนตัม: เมื่อความไม่แน่นอนของแอมพลิจูดและเฟสมีค่าต่างกัน แสงจะอยู่ในสถานะบีบอัด โดยอาศัยปรากฏการณ์แทรกสอดควอนตัม วงแหวนกำทอนขนาดเล็กจะสร้างแสงบีบอัดและส่งเข้าไปในวงจรเพื่อผสมกันที่ผลึกแยกแสงจนเกิดการกวนสัญญาณ ประเภทและความรุนแรงของการรบกวนสามารถปรับได้ผ่านการแปลงเฟสซึ่งแปรตามความยาวของเส้นทางเดินแสง  พารามิเตอร์แบบไดนามิกได้รับการเข้ารหัสในสถานะบีบอัดขาเข้า ตัวแปรทั้งหมดจะถูกประมวลผ่านอัลกอริทึมควอนตัมหรือก็คือลำดับของประตูตรรกควอนตัม ส่วนสถานะจำนวนโฟตอนในแต่ละสถานะรบกวนจะถูกวัดที่ขาออก ผู้ใช้งานสามารถควบคุมผลึกแยกแสงและการเลื่อนเฟสเพื่อออกแบบอัลกอริทึมที่แตกต่างออกไปจะระยะไกลผ่านระบบคลาวด์

 

ผลกระทบทางตรงต่อสังคม: การตรวจจับความผิดปกติเชิงสถิติ การจดจำภาพและลวดลาย การฝึกระบบเครือข่ายเส้นประสาท  การให้เหตุผลเชิงซอฟต์แวร์ การวินิจฉัยความผิดปกติของวงจร การตรวจจับความไม่เสถียรของตลาด กลยุทธการซื้อขาย การวิเคราะห์วิถีการค้า ค่าเหมาะสมของการตั้งราคาและการป้องกันความเสี่ยง ค่าเหมาะสมของหลักทรัพย์การลงทุน, การสร้างต้นแบบวัสดุ การจัดการการจราจร โฆษณาในเวปไซต์ การวิเคราะห์โหลดในเครือข่ายโทรคมนาคม การสร้างสารบัญรายการสินค้าออนไลน์ การตรวจจับไวรัสและการบุกรุกเข้าเน็ตเวิร์ค การจัดกำหนดการใช้ทรัพยากร การวิเคราะห์สมบัติของกราฟ การแยกจำนวนเต็มออกเป็นจำนวนจำเพาะ การตรวจจับการฉ้อโกง ค่าเหมาะสมของวิธีการใช้ยามุ่งเป้าเพื่อรักษาโรคมะเร็ง แบบจำลองโปรตีน

 

การใช้ประโยชน์อื่น ๆ: เร่งอัตราการพัฒนาเทคโนโลยีอื่น ๆ แบบกว้าวกระโดด

 

เทคโนโลยีควอนตัมทางเลือก: คอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบสสารตัวนำยิ่งยวด คอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบไอออนกักขัง

 

ระบบสนับสนุน: อุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์กึ่งตัวนำ

 

 

ภาพที่ 25 ภาพประกอบอย่างง่ายของหน่วยประมวลผลควอนตัมโฟโตนิกส์ในขณะทำการคำนวณ อ้างอิง: https://www.nature.com/articles/d41586-021-00488-z

 

 

ภาพที่ 26 ชิปประมวลผลควอนตัมโฟโตนิกส์ของบริษัท Xanadu’s รุ่น X8 อ้างอิง: https://spectrum.ieee.org/race-to-hundreds-of-photonic-qubits-xanadu-scalable-photon