นักฟิสิกส์พัวพันกับจำนวนโฟตอนเป็นประวัติการณ์: สิ่งนี้จะส่งผลต่ออนาคตควอนตัมอย่างไร

ปรากฏการณ์ของโลกควอนตัมซึ่งมักจะดูแปลกประหลาดนั้นถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีมานานแล้ว ตัวอย่างเช่น,

ความสับสน:การเชื่อมต่อทางกายภาพเชิงควอนตัมระหว่างอนุภาคที่เชื่อมต่อพวกมันอย่างแปลกประหลาดแม้ในระยะไกล สามารถใช้เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ ต่างจากคอมพิวเตอร์ทั่วไป เครื่องดังกล่าวดำเนินการทางคณิตศาสตร์หลายอย่างพร้อมกัน

อะไรคือปัญหา?

อย่างไรก็ตาม ในการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมอย่างเต็มศักยภาพ อนุภาคที่พันกันทั้งหมดต้องทำงานร่วมกัน เรากำลังพูดถึงองค์ประกอบพื้นฐานสำหรับการคำนวณ - qubits

โฟตอน—อนุภาค—เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสิ่งนี้สเวต้า ประเด็นก็คือพวกมันค่อนข้าง "แข็งแกร่ง" โดยธรรมชาติและง่ายต่อการบงการ ปัจจุบัน นักวิจัยจาก Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ) ในเมือง Garching ใกล้ที่จะทำให้โฟตอนเหมาะสมกับการปฏิบัติงานจริง เช่น การคำนวณควอนตัม นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างโฟตอนที่พันกัน 14 โฟตอนด้วยวิธีเฉพาะที่มีประสิทธิภาพสูง

การทดลองเป็นอย่างไร?

ความพิเศษของการทดลองครั้งใหม่ก็คือนักวิทยาศาสตร์ใช้อะตอมเดี่ยวเพื่อปล่อยโฟตอนและ "พันกัน" พวกมันในลักษณะเฉพาะ ในการทำเช่นนี้ นักวิจัยจากสถาบันมักซ์พลังค์ได้วางอะตอมของรูบิเดียมไว้ตรงกลางตัวสะท้อนแสง ซึ่งเป็น "ห้องเสียงสะท้อน" สำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

การตั้งค่าทดลองกับห้องสุญญากาศบนโต๊ะออปติคัล ภาพ: MPQ

ด้วยความช่วยเหลือของรังสีเลเซอร์บางอย่างความถี่ที่กำหนดสถานะของอะตอมได้อย่างแม่นยำ การใช้โมเมนตัมที่เพิ่มขึ้น นักวิทยาศาสตร์ยังจงใจทำให้เกิดการปล่อยโฟตอน ซึ่งสัมพันธ์กับสถานะควอนตัมของอะตอม

ในระหว่างการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ได้ทำซ้ำสิ่งนี้ดำเนินการหลายครั้ง ในช่วงเวลาดังกล่าว อะตอมจะถูกควบคุมด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง หรืออีกนัยหนึ่งคือ "หมุน" ด้วยวิธีนี้นักฟิสิกส์ได้สร้างห่วงโซ่แสง 14 อนุภาคซึ่งพันกันเนื่องจากการหมุนของอะตอมและถูกนำเข้าสู่สถานะที่ต้องการ

ในขณะนี้ 14 อนุภาคของแสงที่เชื่อมต่อถึงกันเป็นโฟตอนที่พันกันจำนวนมากที่สุดที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการ

สองความเป็นไปได้ของวิธีการใหม่

แต่ไม่เพียงแต่จำนวนโฟตอนที่พัวพันกันเท่านั้นที่มีความสำคัญมากสำหรับการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมอันทรงพลัง วิธีที่สร้างขึ้นนั้นแตกต่างอย่างมากจากวิธีการทั่วไป

“ตั้งแต่สายโฟตอนเกิดขึ้นจากอะตอมเพียงอะตอมเดียว มันสามารถผลิตออกมาในลักษณะที่กำหนดได้” นักวิทยาศาสตร์อธิบายในการแถลงข่าวสำหรับการศึกษาครั้งใหม่นี้ ซึ่งหมายความว่า ตามหลักการแล้ว แต่ละพัลส์จะส่งโฟตอน "เข้าที่" ที่มีคุณสมบัติที่ต้องการจริงๆ

จนถึงปัจจุบัน การพัวพันของอนุภาคเหล่านี้มักจะเป็นเกิดขึ้นในผลึกไม่เชิงเส้นพิเศษ ปัญหาคือมีการสร้างอนุภาคแสงแบบสุ่มและไม่สามารถควบคุมได้ ด้วยเหตุนี้ จึงจำกัดจำนวนของอนุภาคที่สามารถรวมกันในการโต้ตอบแบบรวม

การติดตั้งเครื่องสะท้อนเสียงด้วยแสงในสุญญากาศ อะตอมรูบิเดียมหนึ่งอะตอมติดอยู่ระหว่างกระจกทรงกรวยภายในตัวยึด ภาพ: MPQ

ในทางกลับกัน วิธีการที่พัฒนาขึ้นมานั้นการวิจัยใหม่ทำให้สามารถสร้างโฟตอนที่พันกันได้จำนวนเท่าใดก็ได้ นอกจากนี้ยังมีประสิทธิภาพมาก ซึ่งหมายความว่าสามารถนำไปใช้ในทางปฏิบัติได้ในอนาคต ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงตรวจวัดห่วงโซ่โฟตอนที่เกิดขึ้นและพิสูจน์ประสิทธิภาพของโฟตอนได้ 50 เปอร์เซ็นต์

เกือบทุกวินาที "กดปุ่ม" บนอะตอมรูบิเดียมส่งอนุภาคแสงที่ใช้งานได้ ในการทดลองครั้งก่อน นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถบรรลุสิ่งนี้ได้ งานใหม่นี้ขจัดอุปสรรคอันยาวนานในการคำนวณควอนตัมตามการวัดที่ปรับขนาดได้ นักวิทยาศาสตร์เน้นย้ำ

ถัดไปคืออะไร

ตอนนี้พนักงาน MPQ ต้องการแก้ปัญหาอื่นปัญหาของอนาคตควอนตัม ตัวอย่างเช่น การดำเนินการคำนวณที่ซับซ้อนจะต้องมีอะตอมอย่างน้อยสองอะตอมเป็นแหล่งโฟตอนในโพรง “เรากำลังแก้ไขปัญหานี้อยู่” นักวิทยาศาสตร์อธิบายในแถลงการณ์

ผู้ร่วมงานของ Max Planck ยังระบุด้วยว่าเทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่สามารถนำมาใช้กับการคำนวณควอนตัมเท่านั้น ตัวอย่างเช่น มันจะมีประโยชน์ในการสื่อสารควอนตัม—การส่งข้อมูลผ่านใยแก้วนำแสงพร้อมการป้องกันจากการดักฟัง เนื่องจากผลกระทบทางแสง เช่น การกระเจิงและการดูดกลืนแสง แสงในใยแก้วนำแสงจึง “สูญเสีย” ในระหว่างการแพร่กระจาย สิ่งนี้จะจำกัดระยะทางในการส่งข้อมูลอย่างมาก

อ่านเพิ่มเติม:

จุดบอดบนดวงอาทิตย์ขนาดเท่าโลกเติบโต 10 เท่าใน 2 วัน: ชี้มาที่เรา

นี่คือ "แฝด" ของโลกในอดีต: พบดาวเคราะห์และมหาสมุทรที่ไม่เหมือนใครไม่ไกลจากเรา

ไอน์สไตน์พูดถูกอีกครั้ง หลังจากผ่านไปครึ่งศตวรรษ นักฟิสิกส์ได้พิสูจน์ความเสถียรของหลุมดำ