อธิบายควอนตัมคอมพิวเตอร์ – ขีดจำกัดของเทคโนโลยีมนุษย์: บทเรียนภาษาอังกฤษ

For most of our history, วลี

สำหรับประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ของเรา

human technology consisted of our brains,

เทคโนโลยีของมนุษย์ประกอบด้วยสมองของเรา

fire, and sharp sticks.

ไฟ และไม้ปลายแหลม

While fire and sharp sticks became power plants and nuclear weapons, ไวยากรณ์

ในขณะที่ไฟและไม้ปลายแหลมกลายเป็นโรงไฟฟ้าและอาวุธนิวเคลียร์

the biggest upgrade has happened to our brains.

การอัปเกรดครั้งใหญ่ที่สุดได้เกิดขึ้นกับสมองของเรา

Since the 1960s,

ตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1960

the power of our brain machines has kept growing exponentially,

พลังของ 'เครื่องจักรสมอง' ของเราได้เติบโตขึ้นอย่างทวีคูณ

allowing computers to get smaller and more powerful at the same time.

ทำให้คอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลงและทรงพลังยิ่งขึ้นในเวลาเดียวกัน

But this process is about to meet its physical limits. โน้ต

แต่กระบวนการนี้กำลังจะมาถึงขีดจำกัดทางกายภาพแล้ว

Computer parts are approaching the size of an atom.

ชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์กำลังเข้าใกล้ขนาดของอะตอม

To understand why this is a problem,

เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมสิ่งนี้จึงเป็นปัญหา

we have to clear up some basics. กริยาวลี

เราต้องมาทำความเข้าใจพื้นฐานบางอย่างกันก่อน

A computer is made up of very simple components กริยาวลี

คอมพิวเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบที่เรียบง่ายมากๆ

doing very simple things,

ที่ทำสิ่งที่เรียบง่ายมากๆ

representing data,

นั่นคือการแสดงแทนข้อมูล

the means of processing it,

วิธีการประมวลผลข้อมูล

and control mechanisms.

และกลไกการควบคุม

Computer chips contain modules,

ชิปคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยโมดูล

which contain logic gates, ไวยากรณ์

ซึ่งประกอบด้วยลอจิกเกต

which contain transistors.

ซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์

A transistor is the simplest form of a data processor in computers,

ทรานซิสเตอร์คือรูปแบบที่เรียบง่ายที่สุดของตัวประมวลผลข้อมูลในคอมพิวเตอร์

basically a switch that can either block or open the way for information coming through.

โดยพื้นฐานแล้วมันคือสวิตช์ที่สามารถปิดกั้นหรือเปิดทางให้ข้อมูลผ่านเข้ามาได้

This information is made up of bits,

ข้อมูลนี้ประกอบขึ้นจากบิต

which can be set to either zero or one.

ซึ่งสามารถตั้งค่าให้เป็นศูนย์หรือหนึ่งก็ได้

Combinations of several bits are used to represent more complex information.

การรวมบิตหลายๆ ตัวเข้าด้วยกันใช้เพื่อแสดงแทนข้อมูลที่ซับซ้อนขึ้น

Transistors are combined to create logic gates,

ทรานซิสเตอร์ถูกนำมารวมกันเพื่อสร้างลอจิกเกต

which still do very simple stuff.

ซึ่งก็ยังคงทำสิ่งที่เรียบง่ายมากๆ อยู่ดี

For example,

ตัวอย่างเช่น

an AND gate sends an output of one if all of its inputs are one, ไวยากรณ์

เกต AND จะส่งเอาต์พุตเป็นหนึ่งหากอินพุตทั้งหมดเป็นหนึ่ง

and an output of zero otherwise.

และส่งเอาต์พุตเป็นศูนย์ในกรณีอื่นๆ

Combinations of logic gates finally form meaningful modules,

การรวมกันของลอจิกเกตในที่สุดก็ก่อให้เกิดโมดูลที่มีความหมาย

say for adding two numbers. การใช้คำ

เช่น โมดูลสำหรับบวกตัวเลขสองตัว

Once you can add, ไวยากรณ์

เมื่อคุณบวกเลขได้

you can also multiply,

คุณก็สามารถคูณได้

and once you can multiply,

และเมื่อคุณคูณได้

you can basically do anything.

โดยพื้นฐานแล้วคุณก็สามารถทำอะไรก็ได้

Since all basic operations are literally simpler than first grade math,

เนื่องจากการดำเนินการพื้นฐานทั้งหมดนั้นง่ายยิ่งกว่าคณิตศาสตร์ ป.1 เสียอีก

you can imagine a computer as a group of 7-year-olds answering really basic math questions.

คุณจึงสามารถจินตนาการว่าคอมพิวเตอร์เป็นเหมือนกลุ่มเด็ก 7 ขวบที่ตอบคำถามคณิตศาสตร์พื้นฐานสุดๆ

A large enough bunch of them could compute anything from astrophysics to Zelda. ลำดับความ

กลุ่มเด็กที่ใหญ่พออาจคำนวณได้ตั้งแต่ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ไปจนถึงเกม Zelda

However,

อย่างไรก็ตาม

with parts getting tinier and tinier, ไวยากรณ์

เมื่อชิ้นส่วนมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ

quantum physics are making things tricky.

ฟิสิกส์ควอนตัมกำลังทำให้สิ่งต่างๆ ซับซ้อนขึ้น

In a nutshell, สำนวน

พูดสั้นๆ ก็คือ

a transistor is just an electric switch.

ทรานซิสเตอร์เป็นเพียงสวิตช์ไฟฟ้า

Electricity is electrons moving from one place to another,

ไฟฟ้าคืออิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง

so a switch is a passage that can block electrons from moving in one direction. ไวยากรณ์

ดังนั้นสวิตช์จึงเป็นทางผ่านที่สามารถสกัดกั้นอิเล็กตรอนไม่ให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางหนึ่งได้

Today,

ทุกวันนี้

a typical scale for transistors is 14 nanometers,

ขนาดทั่วไปของทรานซิสเตอร์คือ 14 นาโนเมตร

which is about eight times less than the HIV virus's diameter, ไวยากรณ์

ซึ่งเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเชื้อ HIV ประมาณแปดเท่า

and 500 times smaller than a red blood cell.

และเล็กกว่าเซลล์เม็ดเลือดแดงถึง 500 เท่า

As transistors are shrinking to the size of only a few atoms,

เมื่อทรานซิสเตอร์หดตัวลงจนมีขนาดเท่ากับอะตอมเพียงไม่กี่อะตอม

electrons may just transfer themselves to the other side of a blocked passage

อิเล็กตรอนอาจส่งผ่านตัวเองไปยังอีกฝั่งของเส้นทางที่ถูกปิดกั้นได้

via a process called quantum tunneling. โน้ต

ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า การทะลุอุโมงค์ควอนตัม

In the quantum realm,

ในอาณาจักรควอนตัม

physics works quite differently from the predictable ways we're used to, ไวยากรณ์

ฟิสิกส์ทำงานแตกต่างไปจากวิธีที่เราคุ้นเคยซึ่งสามารถคาดเดาได้อย่างสิ้นเชิง

and traditional computers just stop making sense. วลี

และคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมก็จะกลายเป็นสิ่งที่ไร้เหตุผลไปเลย

We are approaching a real physical barrier for our technological progress.

เรากำลังเข้าใกล้กำแพงทางกายภาพที่แท้จริงสำหรับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของเรา

To solve this problem,

เพื่อแก้ปัญหานี้

scientists are trying to use these unusual quantum properties to their advantage วลี

นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามใช้คุณสมบัติทางควอนตัมที่ไม่ธรรมดาเหล่านี้ให้เป็นประโยชน์

by building quantum computers.

โดยการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม

In normal computers,

ในคอมพิวเตอร์ทั่วไป

bits are the smallest units of information. วัฒนธรรม

บิตคือหน่วยข้อมูลที่เล็กที่สุด

Quantum computers use qubits,

คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้คิวบิต

which can also be set to one of two values.

ซึ่งสามารถตั้งค่าให้เป็นหนึ่งในสองค่าได้เช่นกัน

A qubit can be any two-level quantum system,

คิวบิตสามารถเป็นระบบควอนตัมสองระดับใดๆ ก็ได้

such as a spin in a magnetic field,

เช่น สปินในสนามแม่เหล็ก

or a single photon.

หรือโฟตอนเดี่ยว

Zero and one are this system's possible states,

ศูนย์และหนึ่งคือสถานะที่เป็นไปได้ของระบบนี้

like the photon's horizontal or vertical polarization.

เหมือนกับโพลาไรเซชันในแนวนอนหรือแนวตั้งของโฟตอน

In the quantum world,

ในโลกควอนตัม

the qubit doesn't have to be in just one of those, ไวยากรณ์

คิวบิตไม่จำเป็นต้องอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งเท่านั้น

it can be in any proportions of both states at once.

มันสามารถอยู่ในสัดส่วนใดๆ ของทั้งสองสถานะได้ในเวลาเดียวกัน

This is called superposition. วัฒนธรรม

สิ่งนี้เรียกว่า การทับซ้อน (Superposition)

But as soon as you test its value, ไวยากรณ์

แต่ทันทีที่คุณทดสอบค่าของมัน

say by sending the photon through a filter,

เช่น การส่งโฟตอนผ่านตัวกรอง

it has to decide to be either vertically or horizontally polarized.

มันจะต้องตัดสินใจว่าจะเป็นโพลาไรซ์ในแนวตั้งหรือแนวนอน

So, as long as it's unobserved, ไวยากรณ์

ดังนั้น ตราบใดที่ยังไม่ถูกสังเกต

the qubit is in a superposition of probabilities for zero and one,

คิวบิตจะอยู่ในการทับซ้อนของความน่าจะเป็นสำหรับศูนย์และหนึ่ง

and you can't predict which it will be. ไวยากรณ์

และคุณไม่สามารถคาดเดาได้ว่ามันจะเป็นอะไร

But the instant you measure it, ไวยากรณ์

แต่ในเสี้ยววินาทีที่คุณวัดค่ามัน

it collapses into one of the definite states. การใช้คำ

มันจะยุบตัวลงเป็นสถานะที่แน่นอนสถานะใดสถานะหนึ่ง

Superposition is a game-changer. สำนวน

การทับซ้อนคือตัวพลิกเกม

Four classical bits can be in one of two to the power of four different configurations at a time. การใช้คำ

สี่บิตแบบคลาสสิกสามารถอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งจากสองยกกำลังสี่รูปแบบในเวลาเดียวกัน

That's 16 possible combinations,

นั่นคือ 16 รูปแบบที่เป็นไปได้

out of which you can use just one.

ซึ่งคุณสามารถใช้ได้เพียงรูปแบบเดียวเท่านั้น

Four qubits in superposition, however,

อย่างไรก็ตาม สี่คิวบิตในการทับซ้อน

can be in all of those 16 combinations at once.

สามารถอยู่ในรูปแบบทั้ง 16 รูปแบบนั้นได้ในเวลาเดียวกัน

This number grows exponentially with each extra qubit. วลี

ตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อมีคิวบิตเพิ่มขึ้นแต่ละตัว

20 of them can already store a million values in parallel. การใช้คำ

20 คิวบิตก็สามารถเก็บค่าหนึ่งล้านค่าแบบขนานกันได้แล้ว

A really weird and unintuitive property qubits can have is entanglement, วัฒนธรรม

คุณสมบัติที่แปลกประหลาดและขัดกับสัญชาตญาณอย่างมากที่คิวบิตสามารถมีได้คือ ความพัวพัน (Entanglement)

a close connection that makes each of the qubits react to a change in the other's state instantaneously,

ซึ่งเป็นความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดที่ทำให้แต่ละคิวบิตตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสถานะของอีกคิวบิตหนึ่งในทันที

no matter how far they are apart. ไวยากรณ์

ไม่ว่าพวกมันจะอยู่ห่างกันแค่ไหนก็ตาม

This means that when measuring just one entangled qubit, ไวยากรณ์

นี่หมายความว่าเมื่อวัดคิวบิตที่พัวพันกันเพียงตัวเดียว

you can directly deduce properties of its partners without having to look. ไวยากรณ์

คุณสามารถอนุมานคุณสมบัติของคู่ของมันได้โดยตรงโดยไม่ต้องดู

Qubit manipulation is a mind-bender as well. สำนวน

การควบคุมคิวบิตก็เป็นสิ่งที่น่าเหลือเชื่อเช่นกัน

A normal logic gate gets a simple set of inputs

ลอจิกเกตปกติจะรับชุดอินพุตง่ายๆ

and produces one definite output.

และสร้างเอาต์พุตที่แน่นอนหนึ่งตัว

A quantum gate manipulates an input of superpositions,

เกตควอนตัมควบคุมอินพุตของการทับซ้อน

rotates probabilities,

หมุนเปลี่ยนความน่าจะเป็น

and produces another superposition as its output.

และสร้างการทับซ้อนอีกแบบหนึ่งเป็นเอาต์พุต

So, a quantum computer sets up some qubits, กริยาวลี

ดังนั้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะตั้งค่าคิวบิตบางตัว

applies quantum gates to entangle them and manipulate probabilities,

ใช้เกตควอนตัมเพื่อทำให้มันพัวพันกันและควบคุมความน่าจะเป็น

and finally measures the outcome,

และสุดท้ายก็วัดผลลัพธ์

collapsing superpositions to an actual sequence of zeros and ones.

ยุบการทับซ้อนให้กลายเป็นลำดับที่แท้จริงของศูนย์และหนึ่ง

What this means is that you get the entire lot of calculations ลำดับความ

สิ่งนี้หมายความว่าคุณจะได้การคำนวณทั้งหมด

that are possible with your setup all done at the same time.

ที่เป็นไปได้ด้วยการตั้งค่าของคุณซึ่งเสร็จสิ้นทั้งหมดในเวลาเดียวกัน

Ultimately, you can only measure one of the results,

ท้ายที่สุดแล้ว คุณจะสามารถวัดผลลัพธ์ได้เพียงหนึ่งอย่างเท่านั้น

and it will only probably be the one you want,

และมันอาจจะเป็นผลลัพธ์ที่คุณต้องการเท่านั้น

so you may have to double-check and try again.

ดังนั้นคุณอาจต้องตรวจสอบอีกครั้งและลองใหม่

But by cleverly exploiting superposition and entanglement,

แต่ด้วยการใช้ประโยชน์จากการทับซ้อนและความพัวพันอย่างชาญฉลาด

this can be exponentially more efficient than would ever be possible on a normal computer. ไวยากรณ์

มันจะมีประสิทธิภาพมากกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปแบบทวีคูณอย่างที่ไม่เคยเป็นไปได้มาก่อน

So, while quantum computers will probably not replace our home computers,

ดังนั้น แม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจจะไม่มาแทนที่คอมพิวเตอร์ที่บ้านของเรา

in some areas, they are vastly superior. วลี

แต่ในบางด้าน มันเหนือกว่าอย่างมหาศาล

One of them is database searching.

หนึ่งในนั้นคือการค้นหาฐานข้อมูล

To find something in a database,

ในการค้นหาบางสิ่งในฐานข้อมูล

a normal computer may have to test every single one of its entries. วลี

คอมพิวเตอร์ทั่วไปอาจต้องทดสอบทุกๆ รายการในนั้น

Quantum algorithms need only the square root of that time, ไวยากรณ์

อัลกอริทึมควอนตัมต้องการเพียงแค่รากที่สองของเวลานั้น

which for large databases is a huge difference.

ซึ่งสำหรับฐานข้อมูลขนาดใหญ่มันคือความแตกต่างที่มหาศาล

The most famous use of quantum computers is ruining IT security.

การใช้งานที่โด่งดังที่สุดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือการทำลายความปลอดภัยด้านไอที

Right now, your browsing, email, and banking data

ในตอนนี้ ข้อมูลการท่องเว็บ อีเมล และการธนาคารของคุณ

is being kept secure by an encryption system ไวยากรณ์

กำลังถูกเก็บรักษาให้ปลอดภัยด้วยระบบการเข้ารหัส

in which you give everyone a public key วัฒนธรรม

ที่คุณแจกกุญแจสาธารณะให้กับทุกคน

to encode messages only you can decode.

เพื่อเข้ารหัสข้อความที่มีเพียงคุณเท่านั้นที่สามารถถอดรหัสได้

The problem is that this public key

ปัญหาคือ กุญแจสาธารณะนี้

can actually be used to calculate your secret private key.

ที่จริงแล้วสามารถนำมาใช้คำนวณหากุญแจส่วนตัวที่เป็นความลับของคุณได้

Luckily,

โชคดีที่

doing the necessary math on any normal computer

การคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่จำเป็นบนคอมพิวเตอร์ทั่วไป

would literally take years of trial and error. โน้ต

จะต้องใช้เวลาหลายปีในการลองผิดลองถูก

But a quantum computer with exponential speedup

แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เร่งความเร็วได้แบบทวีคูณ

could do it in a breeze.

สามารถทำได้อย่างง่ายดาย

Another really exciting new use is simulations.

การใช้งานใหม่ที่น่าตื่นเต้นจริงๆ อีกอย่างหนึ่งคือการจำลองสถานการณ์

Simulations of the quantum world are very intense on resources,

การจำลองโลกควอนตัมนั้นใช้ทรัพยากรอย่างหนักหน่วงมาก

and even for bigger structures such as molecules,

และแม้แต่กับโครงสร้างที่ใหญ่กว่าอย่างเช่นโมเลกุล

they often lack accuracy.

มันก็มักจะขาดความแม่นยำ

So, why not simulate quantum physics น้ำเสียง/เจตนา

แล้วทำไมเราไม่จำลองฟิสิกส์ควอนตัม

with actual quantum physics?

ด้วยฟิสิกส์ควอนตัมจริงๆ ไปเลยล่ะ?

Quantum simulations could provide new insights on proteins

การจำลองควอนตัมอาจให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับโปรตีน

that might revolutionize medicine.

ที่อาจปฏิวัติวงการแพทย์ได้

Right now, we don't know if quantum computers ไวยากรณ์

ในตอนนี้ เรายังไม่รู้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัม

will be just a very specialized tool,

จะเป็นเพียงเครื่องมือเฉพาะทางมากๆ

or a big revolution for humanity.

หรือเป็นการปฏิวัติครั้งใหญ่สำหรับมนุษยชาติ

We have no idea where the limits of technology are, ไวยากรณ์

เราไม่มีทางรู้เลยว่าขีดจำกัดของเทคโนโลยีอยู่ที่ไหน

and there's only one way to find out. วลี

และมีเพียงวิธีเดียวที่จะค้นพบได้

This video is supported by the Australian Academy of Science,

วิดีโอนี้ได้รับการสนับสนุนโดย Australian Academy of Science

which promotes and supports excellence in science.

ซึ่งส่งเสริมและสนับสนุนความเป็นเลิศทางวิทยาศาสตร์

Learn more about this topic and others like it

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อนี้และหัวข้ออื่นๆ ที่คล้ายกัน

at nova.org.au.

ได้ที่ nova.org.au

It was a blast to work with them. สำนวน

สนุกมากที่ได้ร่วมงานกับพวกเขา

So, go check out their site.

ลองเข้าไปดูเว็บไซต์ของพวกเขาได้เลย

Our videos are also made possible by your support on patreon.com. วลี

วิดีโอของเรายังเกิดขึ้นได้จากความช่วยเหลือของคุณบน patreon.com

If you want to support us

หากคุณต้องการสนับสนุนเรา

and become part of the Kurzgesagt bird army,

และเข้าเป็นส่วนหนึ่งของกองทัพนก Kurzgesagt

check out our Patreon page.

เข้าไปดูที่หน้า Patreon ของเราได้เลย