การประมวลผลควอนตัมสำหรับชั้นโรงงาน

คอมพิวเตอร์ควอนตัมถือสัญญาว่าจะแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถจัดการได้ในทางทฤษฎีอย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติพวกมันมีความละเอียดอ่อนอย่างไม่น่าเชื่อ: รถบรรทุกที่ผ่านการขับขี่เสียงดังเสียงดังเสียงจากเครื่องปรับอากาศอย่างกะทันหันหรือแม้แต่ไฟที่เปิดในห้องที่อยู่ติดกันอาจทำให้ระบบตอบสนองอย่างอ่อนไหวต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมนั่นคือเหตุผลที่อุปกรณ์เหล่านี้จนถึงขณะนี้ถูกจำกัดไว้ในห้องปฏิบัติการที่มีความเชี่ยวชาญสูงซึ่งได้รับการปกป้องเหมือนผู้ป่วยที่ได้รับการดูแลอย่างเข้มข้นสำหรับ บริษัท ที่มุ่งมั่นที่จะรวมคอมพิวเตอร์ควอนตัมเข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีประสิทธิภาพ สิ่งนี้เป็นความท้าทายที่สำคัญ

Hila Safi ร่วมกับเพื่อนร่วมงานของเธอได้เป็นผู้บุกเบิกวิธีแก้ปัญหานี้ครั้งแรกโดยได้รับรางวัล Inventor of the Year Award 2025 ในหมวดหมู่ “PhD”นวัตกรรมของพวกเขาคือ ดิจิตอลแฝด ออกแบบมาเพื่อจำลองอย่างแม่นยำว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะทำงานอย่างไรและถูกรวมเข้ากับสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมทั่วไป“ด้วยฝาแฝดดิจิทัลนี้เราสามารถใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมในสภาพแวดล้อมจริง — อย่างปลอดภัย เสถียร และเชื่อถือได้” ผู้สมัครระดับปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ประยุกต์เรเกนส์เบิร์ก อธิบาย

ปัญหา: อ่อนไหวเกินไปสำหรับโลกแห่งความเป็นจริง

คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาศัยอยู่ กูบิต — หน่วยเชิงกลควอนตัมพื้นฐานของข้อมูลควิบิตแสดงถึงสถานะของระบบทางกายภาพ ทำหน้าที่เป็นตัวพาข้อมูลและใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ควอนตัม เช่น การซับโพซิชันและการพันกัน

สถานะทางกายภาพเหล่านี้มีความเปราะบางอย่างมากแม้แต่การรบกวนเพียงเล็กน้อยเช่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในโครงสร้างห้องอาจทำให้การคำนวณเสียหายได้แม้ว่าจะจัดการได้ในสภาพแวดล้อมทางห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุม แต่ปัจจัยเหล่านี้ก่อให้เกิดความท้าทายที่สำคัญในชั้นโรงงาน

“การทำงานที่เชื่อถือได้ของคอมพิวเตอร์ควอนตัมขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมจริงๆ” Safi อธิบาย“แม้แต่การสั่นสะเทือนเล็กน้อยหรือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการจำลองและทำความเข้าใจผลกระทบเหล่านี้ตั้งแต่เนิ่นๆ จึงเป็นสิ่งสำคัญมาก”จนถึงตอนนี้ อุตสาหกรรมยังไม่พบระบบควอนตัมที่เชื่อถือได้เพียงพอหากไม่มีผลลัพธ์ที่แข็งแกร่งและคาดเดาได้การใช้ในธุรกิจนั้นมีความเสี่ยงเกินไปคำถามมากมายเกี่ยวกับสถานที่ที่จะวางไว้มีเสถียรภาพเพียงใดและประโยชน์โดยรวมทำให้ บริษัท ต่างๆตัดสินใจได้ยากว่าจะลงทุนหรือไม่

วิธีแก้ปัญหา: จำลองก่อนจากนั้นติดตั้ง

นี่คือจุดที่แฝดดิจิทัลที่เป็นนวัตกรรมใหม่ของ Safi นำเสนอความก้าวหน้าอย่างแน่นอนมันจะจำลองคอมพิวเตอร์ควอนตัมและสภาพแวดล้อมการทำงานที่ตั้งใจไว้ก่อนการติดตั้งทางกายภาพแบบจำลองรวมข้อมูลจากเซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อมสถิติข้อผิดพลาดและการจำลองแหล่งสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นกับลักษณะฮาร์ดแวร์ที่รู้จัก

วิธีการเชิงรุกนี้ช่วยให้สามารถตอบคำถามสำคัญล่วงหน้า: คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพภายในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมได้หรือไม่?คาดว่าจะมีข้อผิดพลาดประเภทใดบ้างพวกเขาจะลดคุณภาพการคำนวณลงอย่างมีนัยสำคัญเพียงใดและต้องใช้มาตรการอะไรบ้างเช่นการป้องกันที่ปรับปรุงตำแหน่งทางเลือกหรือการปรับเทียบแบบปรับเปลี่ยนเพื่อรักษาเสถียรภาพของระบบ

ตัวอย่างเช่น พิจารณาหอการผลิตที่ใช้หุ่นยนต์ขนส่ง โรงงานผลิตสร้างการสั่นสะเทือน และสายไฟฟ้าสร้างสนามรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าคู่แฝดดิจิทัลจำลองผลกระทบที่แม่นยำของปัจจัยเหล่านี้ต่อเสถียรภาพของควิบิต โดยเผยให้เห็นว่าอัตราข้อผิดพลาดจะทนได้ว่าจะยอมรับได้ที่ไหนและที่สำคัญคือสิ่งที่พวกเขาจะไม่ทำได้นอกจากนี้ฝาแฝดยังคงทำงานในระหว่างการทำงาน: หากสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการปรับเปลี่ยนโครงสร้างหรือการแนะนำเครื่องจักรใหม่ เซ็นเซอร์จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้และประเมินผลกระทบที่อาจเกิดขึ้น

ประโยชน์: การประมวลผลควอนตัมสามารถคาดเดาได้

ต้องขอบคุณดิจิทัลฝาแฝดในที่สุด บริษัท ต่างๆจึงมีข้อมูลที่เชื่อถือได้เพื่อเป็นแนวทางในการตัดสินใจเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัมอุตสาหกรรมตอนนี้พวกเขาสามารถประเมินความเสี่ยงได้อย่างเต็มที่ก่อนลงทุนเงินจำนวนมากและเข้าใจอย่างชัดเจนว่าจำเป็นอะไรเพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างเสถียร

ดังที่ Safi อธิบาย “ในการวิจัยของฉัน ฉันสำรวจการพัฒนาอัลกอริทึมควอนตัมและฮาร์ดแวร์ร่วมกันเพื่อจัดการกับการเพิ่มประสิทธิภาพที่ซับซ้อนและความท้าทายทางอุตสาหกรรมซึ่งไม่สามารถแก้ไขได้หรือไม่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับวิธีการแบบคลาสสิกสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการระบุคลาสปัญหาที่เหมาะสมสำหรับการคำนวณควอนตัมและพัฒนาวิธีการสร้างแบบจำลองที่มีประสิทธิภาพ”

ฝาแฝดดิจิทัลของเธอเชื่อมช่องว่างที่สำคัญระหว่างการวิจัยทางทฤษฎีและการประยุกต์ใช้งานเพื่อให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถย้ายออกจากห้องปฏิบัติการเฉพาะและเข้าสู่สภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่แท้จริงได้สำเร็จ พวกเขาจำเป็นต้องมีเสถียรภาพปรับขนาดและเชื่อถือได้เช่นเดียวกับระบบไอทีที่เราใช้ทุกวัน