‹

14 · พรมแดน

14 · ​พรมแดน

​บท​นี้​ไม่​ใช่​ชั้นหนึ่ง​ของ​หอคอย ​มัน​คือ​นั่งร้าน​บน​หลังคา​และ​รอยแตก​ที่​ฐานราก — ​จุด​ที่​ปูน​ยัง​ไม่​แห้ง ​และ​เป็นที่​ที่​ผู้อ่าน​ที่​อยาก​ลงมือ​สร้าง​ยังมี​ที่​ให้​ยืน

​กำแพง​ส่วน​ไหน​ของ​หอคอย​ที่​ยัง​เป็น​ปูนเปียก

​เดือน​พฤษภาคม 1981 ​ที่ Endicott House ​ของ MIT Richard Feynman ​วาง​ปัญหา​ที่​วงการ​คอมพิวเตอร์​ตอบ​ไม่​ได้​ลง​บน​โต๊ะ ​นักฟิสิกส์​อยาก​จำลอง (simulate) ​ระบบ​ควอนตัม ​แต่ต้น​ทุน​บน​คอมพิวเตอร์​ทั่วไป​โต​แบบ​เอกซ์​โพเนน​เชียล​ตาม​จำนวน​อนุภาค ​อนุภาค​ที่​มี​ปฏิสัมพันธ์​กัน​แค่​ไม่​กี่​สิบ​ตัว​ก็​กิน​เครื่อง​ทุก​เครื่อง​ที่จะ​สร้าง​ขึ้น​ได้​จน​หมด ​ข้อสรุป​ของ​เขา​ตีพิมพ์​ปี​ถัดมา ​และ​ไม่​ได้​บอก​ว่า​ต้อง​จำลอง​ให้​ฉลาด​ขึ้น ​มัน​บอก​ว่า​คอมพิวเตอร์​เป็น​วัตถุ​ผิด​ประเภท​มา​ตั้งแต่​ต้น ​ธรรมชาติ​ไม่​ใช่​ระบบ​เชิง​คลาสสิก (classical) ​เครื่อง​ที่​จำลอง​ธรรมชาติ​จึง​ต้อง​สร้าง​ขึ้น​จาก​กลศาสตร์​ควอนตัม ​ไม่​ใช่​สร้าง​ขึ้น​ทั้งที่​ขัด​กับ​มัน (International Journal of Theoretical Physics 21, 1982)

​สี่​สิบห้า​ปี​ให้หลัง ​มัน​คือ​รายการ​ที่​ถูก​โฆษณา​เกิน​จริง​ที่สุด​ใน​ลิสต์​นี้ ​เริ่ม​จาก​สิ่ง​ที่​มัน​ซื้อ​มา​ได้​จริง​ก่อน

​คอมพิวเตอร์​เชิง​ควอนตัม (quantum computer) ​เป็น​ผู้เชี่ยวชาญ​เฉพาะทาง ​และ​ทาง​นั้น​แคบ​มาก Peter Shor ​แสดง​ใน​ปี 1994 ​ว่า​มัน​แยกตัว​ประกอบ​จำนวนเต็ม​และ​คำนวณ discrete logarithm ​ได้​อย่าง​มีประสิทธิภาพ ​เป็นการ​เร่งความเร็ว (speedup) ​แบบ​เอกซ์​โพเนน​เชียล ​และ​เป็น​เหตุผล​ที่​บท​ที่ 11 ​มี​เส้นตาย (Shor) Lov Grover ​แสดง​ใน​ปี 1996 ​ว่าการ​ค้นหา​แบบ​ไม่​มี​โครงสร้าง​เร็ว​ขึ้น​ด้วย​เหมือนกัน ​แต่​เร็ว​ขึ้น​แค่​แบบ​กำลัง​สอง (quadratically) — ​ใช้ √N ​ครั้ง ​ตรง​ที่​เครื่อง classical ​ต้อง​ใช้ N ​ครั้ง ​และ​ขอบเขต​นั้น​พิสูจน์​แล้ว​ว่า​ดี​ที่สุด​เท่าที่​เป็นไปได้ ​ความต่าง​ระหว่าง​เอกซ์​โพเนน​เชียล​กับ​กำลัง​สอง​คือ​แก่น​ทั้งหมด​ของ​เรื่อง ​การเร่ง​แบบ​กำลัง​สอง​ถูก​ลบล้าง​ได้​ด้วย​ความก้าวหน้า​ของ​ฮาร์ดแวร์​ธรรมดา​สิบ​ปี ​การเร่ง​แบบ​เอกซ์​โพเนน​เชียล​ลบล้าง​ไม่​ได้​เลย ​ส่วน​กลุ่ม​ปัญหา​ที่​คน​ส่วนใหญ่​คิด​ว่า​เป็น​เป้าหมาย — ​ปัญหา NP-complete ​อย่าง​การจัด​ตาราง ​จัด​เส้นทาง ​และ​จัดวาง​ของ — ​เชื่อ​กัน​ว่า​ไม่​ล้ม ​ไม่​มี​บทพิสูจน์​ไป​ทาง​ไหน​ทั้งสอง​ทาง ​แต่​มี oracle ​ที่​เทียบ​กับ​มัน​แล้ว​ปัญหา​เหล่านี้​ไม่​ล้ม ​และ​ยัง​ไม่​มี​อัลกอริทึม​ตัว​ไหน​เป็นตัวเต็ง (Aaronson) ​คอมพิวเตอร์​เชิง​ควอนตัม​ไม่​ใช่​คอมพิวเตอร์​ที่​เร็ว​กว่า ​มัน​คือ​เครื่องมือ​คนละ​ชนิด ​เก่ง​เรื่อง​จำลอง​ระบบ​ควอนตัม ​และ​เก่ง​เรื่อง​ทลาย​คณิตศาสตร์​สอง​ชิ้น​ที่​อารยธรรม​บังเอิญ​เอา​ความเชื่อ​ใจ​ไป​ฝาก​ไว้

​ปัญหา​ทาง​วิศวกรรม​ไม่​ใช่​คิว​บิต (qubit) ​แต่​คือ​ความผิดพลาด ​คิว​บิต​หนึ่ง​ตัว​คง​สถานะ (state) ​ไว้​ได้​ไม่​กี่​ไมโคร​วินาที​ก่อน​สิ่งแวดล้อม​จะ​ทำลาย​มัน ​เครื่อง​ที่​ใช้งาน​ได้​จริง​จึง​ต้อง​แก้​ความผิดพลาด​ให้​เร็ว​กว่า​ที่​มัน​สะสม ​โดย​กระจาย​คิว​บิต​เชิง​ตรรกะ​หนึ่ง​ตัว​ไป​ไว้​บน​คิว​บิต​ทางกายภาพ​หลาย​ตัว ​ทฤษฎีบท​เกณฑ์ (threshold theorem) ​บอก​ว่า​วิธี​นี้​ใช้ได้​ต่อเมื่อ​อัตรา​ความผิดพลาด​ทางกายภาพ​ต่ำกว่า​ค่า​วิกฤต​ค่า​หนึ่ง ​สูง​กว่า​นั้น ​ยิ่ง​เพิ่ม​คิว​บิต​ยิ่ง​แย่​ลง ​ตัว​ประมวลผล Willow ​ของ Google ​แสดง​จุด​ข้าม​ผ่าน​นั้น​ให้​เห็น​ใน​ผลลัพธ์​ที่​เผยแพร่​ออนไลน์​เดือน​ธันวาคม 2024 ​เพิ่ม​ระยะ​ของ surface code ​ขึ้น​สอง​หน่วย​ครั้ง​ใด ​อัตรา​ความผิดพลาด​เชิง​ตรรกะ​ลดลง​ด้วย​ตัวประกอบ 2.14 ± 0.02 ​ครั้งนั้น ​และ​รหัส​ระยะ 7 ​บน​คิว​บิต 101 ​ตัว​ทำได้​ถึง 0.143% ± 0.003% ​ต่อ​รอบ ​ต่ำกว่า​เกณฑ์ ​แปล​ว่า​ตอนนี้​ใหญ่​ขึ้น​คือ​ดีขึ้น (Nature 638: 920–926) ​นั่น​ไม่​ได้​แปล​ว่า​เครื่อง​ที่​ใช้งาน​ได้​จริง​มี​อยู่แล้ว ​การประมาณ​การสาธารณะ​ที่​ดี​ที่สุด​ตอนนี้​สำหรับ​การทลาย RSA-2048 ​คือ​คิว​บิต​ทางกายภาพ​ที่​มี​สัญญาณรบกวน​ต่ำกว่า 1 million ​ตัว ​รัน​ราว​หนึ่ง​สัปดาห์​ที่​อัตรา​ความผิดพลาด​ของ​เกต 0.1% ​เป็นการ​คำนวณ​เชิง​สถาปัตยกรรม​บน​กระดาษ ​ไม่​ใช่​อุปกรณ์​ที่​ใคร​สร้าง​ขึ้น​แล้ว (Gidney, 2025) ​อ่าน​ทุก​ประกาศ​เรื่อง​ควอนตัม​โดย​เทียบ​กับ​ช่องว่าง​นี้

​การจำลอง (simulation) ​กลายเป็น​เครื่องมือ​ชิ้น​ที่สาม​ของ​วิทยาศาสตร์ ​และ​จุด​ที่​มัน​รั่ว​เป็นเรื่อง​ของ​ญาณวิทยา (epistemic) ​เดือน​มิถุนายน 2005 US President's Information Technology Advisory Committee ​บันทึก​ไว้​เป็นทางการ​ว่า "​วิทยาศาสตร์​เชิง​คำนวณ​ตอนนี้​เป็น​สิ่ง​ที่​หลาย​คน​เรียก​ว่า​เสาหลัก​ที่สาม​ของ​งาน​วิทยาศาสตร์ ​เทียบเท่า​กับ​ทฤษฎี​และ​การทดลอง​ทางกายภาพ" (PITAC) ​ภูมิอากาศ ​การพับ​ตัว​ของ​โปรตีน ​การจับตัว​ของ​ยา ​การก่อตัว​ของ​กาแล็กซี ​ความปลอดภัย​เมื่อ​ชน​กัน — ​ทั้งหมด​นี้​ตอนนี้​ถูก​ศึกษา​อยู่​ใน​เครื่อง​เป็นหลัก ​นี่​คือ​นามธรรม (abstraction) ​แบบ​เดียว​กับ​ทุก​ตัว​ใน​เล่ม​นี้ ​ต่างกัน​อยู่​ข้อ​เดียว​ที่​ทำให้​ไม่​สบายใจ ​เวลา abstraction ​ปกติ​รั่ว ​มี​ของ​พัง ​แล้ว​เรา​เดินลง​บันได​ไปดู​ว่า​ทำไม ​เวลา​การจำลอง​รั่ว ​ผลลัพธ์​ยัง​เป็นตัว​เลขที่​ดู​สมเหตุสมผล​อยู่ดี ​และ​ไม่​มี​อะไร​จาก​ข้างใน​บอก​ได้​ว่าที่​มัน​ไม่​ตรง​กับ​โลก​นั้น​เป็นความ​ผิด​ของ​โลก​หรือ​ของ​โมเดล ​ศาสตร์​ที่เกิด​ขึ้น​มา​รับมือ​เรื่อง​นี้ — verification (​เรา​แก้​สมการ​ถูก​ไหม) ​กับ validation (​เรา​เขียน​สมการ​ที่​ถูก​หรือเปล่า) — ​คือ​ไอเดีย​ที่​ยก​ไป​ใช้​ที่อื่น​ได้มาก​ที่สุด​ใน​บท​นี้ ​และ​ดัง​น้อยที่สุด

​ข้อจำกัด​ที่​คุม​ทุกอย่าง​ตอนนี้​คือ​พลังงาน ​สามสิบ​ปี Dennard scaling ​แปล​ว่า​ทรานซิสเตอร์ (transistor) ​ที่​เล็ก​ลง​กิน​ไฟ​น้อยลง​ตาม​สัดส่วน ​ทุก​รุ่น​ถัดไป​จึง​ได้มา​ฟรี ​มัน​พัง​ลง​ราว​ปี 2005–2007 ​ตอนที่​กระแส​รั่วไหล (leakage current) ​ทำให้​ความร้อน​กลายเป็น​เพดาน ​และ​บท​ที่ 04 ​อยู่​กับ​ผล​ที่​ตามมา​เรื่อย​มา​ตั้งแต่​นั้น ​ประสิทธิภาพ​ยัง​ดีขึ้น ​แต่​ช้า​ลง ​เวลา​ที่​จำนวน​การคำนวณ​ต่อ​จูล​เพิ่ม​เป็น​สองเท่า​ยืด​จาก​ราว 1.6 ​ปีก่อน​ปี 2000 ​มา​เป็น​ใกล้ 2.5 ​ปี​หลังจากนั้น (Koomey's law) ​ใต้​ทั้งหมด​นี้​มี​พื้น​รอง​อยู่ Rolf Landauer ​แสดง​ใน​ปี 1961 ​ว่าการ​ลบ​ข้อมูล​หนึ่ง​บิต​ต้อง​ระบาย​พลังงาน​อย่าง​น้อย kT ln 2 — ​ราว 2.8 × 10⁻²¹ ​จูล​ที่​อุณหภูมิ​ห้อง — ​เป็น​จุด​ใน​เล่ม​นี้​ที่​สารสนเทศ (information) ​เลิก​เป็น​อุปมา​และ​กลายเป็น​เทอร์โม​ไดนามิกส์ ​อีก​ครึ่งหนึ่ง​ของ​เรื่อง​ใน​บท​ที่ 03 ​โปรเซสเซอร์​จริง​ลอย​สูง​กว่า​พื้น​นั้น​ระหว่าง 1 million ​ถึง 1 billion ​เท่า ​แล้วแต่​วิธี​นับ ​ฟิสิกส์​จึง​ยัง​ไม่​ใช่​ปัญหา ​บิล​ค่า​ไฟ​ต่างหาก International Energy Agency ​รายงาน​เมื่อ​วันที่ 16 ​เมษายน 2026 ​ว่าความ​ต้องการ​ไฟฟ้า​ของ data center ​โต​ขึ้น 17% ​ใน​ปี 2025 ​โดย​ศูนย์​ที่​เน้น AI ​โต​เร็ว​กว่า​นั้น​อีก ​และ​คาด​ว่าการ​ใช้​ไฟฟ้า​รวม​ของ data center ​จะ​เพิ่ม​ราว​สองเท่า​ระหว่าง​ปี 2025 ​ถึง 2030 (IEA) ​เป็นครั้งแรก​ใน​ประวัติศาสตร์​ของ​หอคอย ​ที่​คำถาม​ซึ่ง​จำกัด​ว่า​จะ​คำนวณ​อะไร ​ไม่​ใช่​ว่า​อะไร​คำนวณ​ได้ ​หรือ​อะไร​เร็ว ​แต่​คือ​มี​ไฟ​เลี้ยง​พอ​ไหม

​กำแพง​หลาย​ด้าน​ยัง​สร้าง​ไม่​เสร็จ ​และ​คำเชิญ​ยัง​เปิด​อยู่ ​ข้อ​แรก P ​เท่ากับ NP ​หรือไม่ ​มีเงิน​รางวัล 1 million ​ดอลลาร์​ที่ Clay Mathematics Institute ​ตั้ง​ไว้​เมื่อ​วันที่ 24 ​พฤษภาคม 2000 ​และ​ยัง​ไม่​มี​ใคร​รับ​ไป (Clay) ​ไม่​ใช่​ปริศนา​สำหรับ​ผู้เชี่ยวชาญ ​แต่​เป็น​คำถาม​ว่าการ​ตรวจ​คำตอบ​ง่าย​กว่า​การหา​คำตอบ​โดย​พื้นฐาน​หรือเปล่า ​พูด​อีก​อย่าง​คือ​ความคิดสร้างสรรค์​มี​จริง ​หรือ​เป็น​แค่​การค้นหา​ที่​ยัง​ไม่​ถูกปรับ​ให้​เหมาะ ​ข้อต่อ​มา ​ฟังก์ชัน​ทางเดียว (one-way function) ​มี​อยู่​จริง​หรือไม่ ​นั่น​คือ​ฐานราก​ของ​บท​ที่ 11 ​และ​พิสูจน์​ไม่​ได้​เท่ากัน ​การคำนวณ​เลียนแบบ​ระบบประสาท (neuromorphic computing) — ​เครื่อง​ที่​จัดวาง​ตัวอย่าง​ระบบประสาท​แทน pipeline ​ที่​เดินตาม​สัญญาณ​นาฬิกา — ​ให้ Hala Point ​ของ Intel ​ออกมา​แล้ว ​นิว​รอน 1.15 billion ​ตัว​ที่ Sandia National Laboratories ​เมื่อ​เดือน​เมษายน 2024 (Intel) ​และ​ยัง​ไม่​มีระบบ​ที่​ใหญ่​กว่า​นั้น​ที่​ยืนยัน​ได้​ตั้งแต่นั้นมา ​การคำนวณ​ผัน​กลับ​ได้ (reversible computing) ​โจมตี​พื้น​ของ Landauer ​ด้วย​การไม่​ลบ​บิต​ตั้งแต่แรก ​และ​ย้าย​จาก​ทฤษฎี​มา​อยู่​บน​ซิลิคอน​แล้ว​ใน​ต้นแบบ​ปี 2025 ​ที่​ดึง​พลังงาน​จาก​การสวิตช์​กลับคืน​มา​ได้​ราว​ครึ่งหนึ่ง (IEEE Spectrum) ​ส่วนตัว​นำ​ยิ่งยวด​ที่​อุณหภูมิ​ห้อง (room-temperature superconductivity) ​ซึ่ง​จะ​เปลี่ยนตัว​เลข​ทุก​ตัว​ข้างบน​นี้ ​ยัง​ไม่​มาถึง ​สัญญาณ LK-99 ​เมื่อ​ปี 2023 ​สืบไป​แล้ว​เจอ​ว่า​เป็น​สิ่งเจือปน​ทองแดง-​กำมะถัน (copper-sulfide) ​ที่​กำลัง​เปลี่ยน​เฟส​เชิง​โครงสร้าง ​และ​ยัง​ไม่​มี​ตัวนำยิ่งยวด​ที่​อุณหภูมิ​ห้อง​ความดัน​บรรยากาศ​ตัว​ไหน​ที่​ยืนยัน​ได้ (phys.org)

​ไม่​มี​ข้อ​ไหน​ใน​นี้​เป็น​ข้อสรุป ​ทั้งหมด​คือ​ส่วน​ของ​หอคอย​ที่​แบบ​ก่อสร้าง​ยัง​ถูก​เถียง​กัน​อยู่ ​และ​เป็น​ส่วน​เดียว​ของ​อาคาร​ใด​ก็ตาม​ที่​มือ​ของ​คน​มา​ใหม่​จำเป็น​จริงๆ ​ชั้น​ด้านล่าง​ใช้เวลา​เทปูน​ราว​แปดสิบ​ปี ​ไม่​มี​อะไร​ใน​นั้น​บอก​ว่า​เท​เสร็จ​แล้ว

​เชื่อมโยง

​ชั้นล่าง: ​บท​ที่ 01 ​เป็นเจ้าของ​คำถาม P vs NP ​ใน​ฐานะ​คำถาม​ว่า​อะไร​คำนวณ​ได้ที่​ต้นทุน​เท่าไร ​บท​นี้​แค่​รายงาน​ว่า​คำถาม​นั้น​ยัง​เปิด​อยู่ ​บท​ที่ 03 ​ให้​บิต​มา ​และ​หลักการ​ของ Landauer ​เผย​ว่า​บิต​นั้น​มีราคา​เป็น​จูล ​บท​ที่ 04 ​คือ​จุด​ที่​กำแพง​พลังงาน (energy wall) ​ถูก​รู้สึก​ก่อน​ใคร ​ตอนที่​ทุกอย่าง​หันไป​หา​ฮาร์ดแวร์​เฉพาะทาง ​บท​ที่ 11 ​คือ​จุด​ที่​การคำนวณ​เชิง​ควอนตัม (quantum computing) ​เลิก​น่าสนใจ​และ​กลายเป็น​เรื่อง​เร่งด่วน ​บท​ที่ 12 ​คือ​ผู้บริโภค​รายใหญ่​ที่สุด​ตอนนี้​ของ​ทุกอย่าง​ที่​บท​นี้​บอก​ว่า​ขาดแคลน ​ชั้นบน: ​ยัง​ไม่​มี​อะไร ​นั่นแหละ​คือ​ความหมาย​ของ​พรมแดน

​คำถาม​ที่​ยัง​เปิด​อยู่

​คอมพิวเตอร์​เชิง​ควอนตัม​ที่​มีนัย​สำคัญ​เชิง​การเข้ารหัส (cryptographically relevant) ​จะ​มาถึง​ก่อนที่​โลก​จะ​ย้ายออก​จาก​คณิตศาสตร์​ที่​มัน​จะ​ทลาย​เสร็จ​หรือไม่ ​และ​ใคร​จะ​รู้​ล่วงหน้า​ได้​อย่างไร ​ถ้า​การจำลอง​เป็น​เสาหลัก​ที่สาม​ของ​วิทยาศาสตร์ ​อะไร​คือ​สิ่ง​ที่​เทียบเท่า peer review ​สำหรับ​โมเดล​ที่​ไม่​มี​ใคร​สร้าง​ขึ้น​ใหม่​ได้​เอง​อย่าง​อิสระ ​เส้นโค้ง​พลังงาน​ของ​การคำนวณ​โค้ง​ลง​ได้​ไหม​โดย​ไม่ต้อง​มี​ความก้าวหน้า​ทาง​ฟิสิกส์ ​หรือ​การเติบโต​ของ​อุตสาหกรรม​ตอนนี้​ขึ้นกับ​ความก้าวหน้า​นั้น​ไป​แล้ว ​และ​ข้อ​ที่​ใหญ่​ที่สุด​แบบ​เงียบๆ P vs NP ​ยาก​เพราะ​เรา​ยัง​ขาด​เทคนิค ​หรือ​เพราะ​เทคนิค​ที่​เรา​มี​พิสูจน์​แล้ว​ว่า​ไม่​มีทาง​ตัดสิน​มัน​ได้

​อ่าน​ต่อ

บทถัดไป · 16 / 1699 · ปิดเล่ม — หอคอยเมื่อมองทั้งหลัง
Size
Page
Font

The Tower of Abstractions — An Encyclopedia of the Computing Disciplines

❦
100 · แผนที่201 · ทฤษฎีการคำนวณ302 · อัลกอริทึมและโครงสร้างข้อมูล403 · สารสนเทศและการเข้ารหัส504 · สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์605 · ระบบปฏิบัติการ706 · ภาษาและคอมไพเลอร์807 · วิศวกรรมซอฟต์แวร์908 · ฐานข้อมูล1009 · เครือข่าย1110 · ระบบกระจาย1211 · ความปลอดภัยและวิทยาการรหัสลับ1312 · ปัญญาประดิษฐ์และการเรียนรู้ของเครื่อง1413 · ปฏิสัมพันธ์มนุษย์–คอมพิวเตอร์ และกราฟิกส์1514 · พรมแดน1699 · ปิดเล่ม — หอคอยเมื่อมองทั้งหลัง