:::::::: ระบบเครือข่าย Quantum Teleportation ด้วย Qiskit ::::::::
โดยยุนอา เอี่ยมสุวรรณ

บทนำ
1.1 ความสำคัญของการศึกษา
Quantum computing หรือการคำนวณเชิงควอนตัมเป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพสูงในการเปลี่ยนแปลงวิธีการคำนวณและการประมวลผลข้อมูล Quantum Teleportation เป็นกระบวนการที่สำคัญในการส่งข้อมูลควอนตัมผ่านระยะทางไกล โดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายตัวกลางฟิสิกส์ การใช้ Qiskit ซึ่งเป็นเครื่องมือสำหรับการเขียนโปรแกรมควอนตัม จะช่วยให้การวิจัยและพัฒนาในด้านนี้เป็นไปได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ
1.2 วัตถุประสงค์ของการศึกษา
1. เพื่อศึกษาและทำความเข้าใจหลักการของ Quantum Teleportation
2. เพื่อพัฒนาเครือข่าย Quantum Teleportation ด้วย Qiskit
3. เพื่อทดสอบและประเมินประสิทธิภาพของระบบที่พัฒนาขึ้น
1.3 ขอบเขตของการศึกษา
การศึกษาในครั้งนี้จะมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาและทดสอบระบบเครือข่าย Quantum Teleportation โดยใช้ Qiskit ซึ่งจะรวมถึงการสร้างและทดสอบวงจรควอนตัม การส่งข้อมูลระหว่าง Qubits และการวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่ได้
1.4 โครงสร้างของวิทยานิพนธ์
วิทยานิพนธ์นี้แบ่งออกเป็นบทต่าง ๆ ดังนี้:
- บทที่ 1: บทนำ
- บทที่ 2: พื้นฐานและทฤษฎี
- บทที่ 3: การออกแบบและพัฒนาเครือข่าย Teleport ด้วย Qiskit
- บทที่ 4: ผลการวิจัยและการวิเคราะห์
- บทที่ 5: ข้อสรุปและข้อเสนอแนะ

บทที่ 2: พื้นฐานและทฤษฎี
2.1 พื้นฐานของควอนตัมคอมพิวเตอร์
-  Qubits : หน่วยพื้นฐานของข้อมูลในควอนตัมคอมพิวเตอร์ ซึ่งสามารถอยู่ในสถานะ superposition ได้
-  Superposition : ความสามารถของ Qubits ในการอยู่ในสถานะ 0 และ 1 พร้อมกัน
-  Entanglement : ปรากฏการณ์ที่ Qubits หลายตัวสามารถเชื่อมโยงกันอย่างลึกซึ้ง ซึ่งสถานะของ Qubit หนึ่งจะส่งผลต่อสถานะของ Qubit อื่น ๆ
2.2 พื้นฐานของ Quantum Teleportation
-  Bell States : สถานะควอนตัมที่สร้างขึ้นจากการ entangle ของ Qubits ซึ่งเป็นพื้นฐานของ Quantum Teleportation
-  Teleportation Protocol : กระบวนการส่งข้อมูลควอนตัมจาก Qubit หนึ่งไปยังอีก Qubit หนึ่ง โดยไม่ต้องเคลื่อนย้าย Qubit จริง
2.3 เทคโนโลยีและเครื่องมือ
-  Qiskit : Framework สำหรับการพัฒนาโปรแกรมควอนตัมที่ใช้ในการสร้างและจำลองวงจรควอนตัม

บทที่ 3 : การออกแบบและพัฒนาเครือข่าย Teleport ด้วย Qiskit
3.1 การออกแบบเครือข่าย
การออกแบบระบบเครือข่าย Quantum Teleportation ด้วย Qiskit จำเป็นต้องพิจารณาถึงการสร้างและจัดการกับ Qubits รวมถึงการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของควอนตัม เช่น Entanglement ในการส่งข้อมูลระหว่าง Qubits

3.2 การพัฒนาและการเขียนโค้ด
ขั้นตอนแรกคือการสร้างคู่ของ EPR pairs (Einstein-Podolsky-Rosen pairs) ซึ่งเป็นพื้นฐานของการสร้าง Entanglement ระหว่าง Qubits การสร้าง EPR pairs สามารถทำได้โดยการใช้ Gate ที่เรียกว่า Hadamard และ CNOT ใน Qiskit

ตัวอย่างโค้ด:

from qiskit import QuantumCircuit, Aer, execute
# สร้างวงจรควอนตัม
qc = QuantumCircuit(2, 2)
# สร้าง EPR pair
qc.h(0)  # Hadamard gate ที่ qubit 0
qc.cx(0, 1)  # CNOT gate ระหว่าง qubit 0 และ 1
# วัดผลลัพธ์
qc.measure([0, 1], [0, 1])
# แสดงวงจร
print(qc)
```
หลังจากการสร้าง EPR pairs ขั้นตอนถัดไปคือการทำการ Teleportation ข้อมูลจาก Qubit ต้นทางไปยัง Qubit ปลายทาง

ตัวอย่างโค้ดสำหรับ Quantum Teleportation:

# สร้างวงจรควอนตัมสำหรับการ teleportation
qc = QuantumCircuit(3, 3)
# เตรียมสถานะควอนตัมใน qubit 0 (ต้นทาง)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
# สร้าง EPR pair
qc.h(1)
qc.cx(1, 2)
# Bell measurement
qc.cx(0, 1)
qc.h(0)
qc.measure([0, 1], [0, 1])
# การแก้ไขสถานะควอนตัม
qc.cx(1, 2)
qc.cz(0, 2)
# แสดงวงจร
print(qc)
```
3.3 การทดสอบและการประเมินผล

การทดสอบระบบทำได้โดยการใช้ Backend ของ Qiskit เช่น Aer's QasmSimulator เพื่อจำลองการทำงานของควอนตัมคอมพิวเตอร์

ตัวอย่างโค้ดสำหรับการทดสอบ:

# จำลองการทำงานด้วย QasmSimulator
backend = Aer.get_backend('qasm_simulator')
job = execute(qc, backend, shots=1024)
result = job.result()
# แสดงผลลัพธ์
counts = result.get_counts(qc)
print("ผลลัพธ์การจำลองการทำงาน:", counts)
```
บทที่ 4 : ผลการวิจัยและการวิเคราะห์
4.1 ผลการทดสอบ
แสดงผลลัพธ์จากการทดสอบระบบเครือข่าย Quantum Teleportation ที่พัฒนาขึ้น
4.2 การวิเคราะห์ผล
วิเคราะห์ผลลัพธ์และประสิทธิภาพของระบบที่พัฒนา โดยใช้วิธีการวัดผลต่าง ๆ เช่น อัตราความถูกต้องของการ Teleportation และการลดทอนของข้อมูล
4.3 การเปรียบเทียบ
เปรียบเทียบผลลัพธ์กับงานวิจัยที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ และวิเคราะห์ข้อดีและข้อเสียของระบบที่พัฒนา

บทที่ 5 : ข้อสรุปและข้อเสนอแนะ
5.1 ข้อสรุป
สรุปผลการวิจัยและข้อค้นพบสำคัญ รวมถึงการบรรลุวัตถุประสงค์ของการศึกษา
5.2 ข้อเสนอแนะ
ข้อเสนอแนะสำหรับการพัฒนาต่อไปในอนาคต เช่น การปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ การขยายขอบเขตของการวิจัย และการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ