Page 75 - วิศวกรรมสาร ปีที่ 75 ฉบับที่ 2 เมษายน - มิถุนายน 2565
P. 75
เทคโนโลยีควอนตัม Quantum Technology
การค�านวณเชิงควอนตัม
จุดเริ่มต้นหนึ่งของปรากฏการณ์ที่อธิบายได้ด้วยกลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้น และน�ามา
ใช้สร้างเทคโนโลยีนี้ คือ การพิจารณาว่า อนุภาคหนึ่ง ๆ (เช่น อิเล็กตรอน) เป็นทั้งคลื่นและ คงมิใช่การกล่าวเกินจริง หากบอกว่า
อนุภาค และคลื่นหนึ่ง ๆ (เช่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หรือ คลื่นแสง) ก็เป็นทั้งอนุภาคและคลื่น การค�านวณเชิงควอนตัมเป็นเทคโนโลยี
โดยแนวคิดนี้น�ามาซึ่ง คุณสมบัติทางกลศาสตร์ควอนตัมคือ การทันเนลลิ่ง การทับซ้อน และ ควอนตัมที่มีการกล่าวถึงมากที่สุด โดยแนวคิด
การพัวพัน ที่อธิบายได้อย่างรัดกุมและน�าเสนอด้วยสมการคณิตศาสตร์ แต่หากพิจารณา การใช้สถานะทางควอนตัมของอนุภาคใด ๆ
ปรากฏการณ์ควอนตัม เราก็อาจจะรู้สึกว่าค�าอธิบายนั้นขัดกับความรู้สึกหรือสามัญส�านึกของ มาท�าการค�านวณนั้น มีการน�าเสนอตั้งแต่ปี
คนทั่วไป เช่น การทันเนล คือการที่อนุภาคที่พุ่งชนก�าแพงสามารถทะลุผ่านก�าแพงพลังงาน ค.ศ. 1980 โดย นักฟิสิกส์ชื่อพอล บีนอฟ
ไปอยู่อีกด้านหนึ่งของก�าแพงได้ (ดูรูปที่ 1) ซึ่งหากเปรียบเทียบ อนุภาคเป็นลูกบอลที่ถูกยิง (Paul Benioff) โดยการค�านวณประเภทนี้
ไปที่ก�าแพง เรา ๆ ท่าน ๆ คงยอมรับได้ยากว่า ลูกบอลนี้จะสามารถทะลุผ่านก�าแพงได้ ต่างจากการค�านวณโดยใช้ข้อมูลที่เก็บเป็น
แต่เหตุการณ์นี้เป็นไปได้ในกลศาสตร์ควอนตัม! บิต (bit) ที่วิศวกรรู้จักกันเป็นอย่างดี เป็น
ปรากฏการณ์ที่น่าฉงนอันหนึ่ง คือ การพัวพันเชิงควอนตัม ซึ่งแม้แต่ ไอน์สไตน์ ก็ยัง ควอนตัมบิต หรือ คิวบิต (qubit) เป็นหน่วย
ไม่ยอมรับแนวคิดนี้ ปรากฏการณ์นี้ถูกตีความว่า อนุภาคควอนตัม 2 ตัวขึ้นไป เมื่อสร้างขึ้น พื้นฐานในการเก็บข้อมูล โดยรูปที่ 3 แสดง
มาแล้ว จะมีความสัมพันธ์กัน โดยเมื่อมันแม้จะถูกแยกออกจากกัน ก็ยังคงมีความเชื่อมโยง เปรียบเทียบ บิตและคิวบิต ซึ่งบิตนั้นจะเป็น
หรือพัวพันกัน โดยการพัวพันที่ว่านี้เป็นพื้นฐานส�าคัญของการสื่อสารปลอดภัยสูงโดยใช้ ไปได้เพียง 2 ค่า คือ ‘0’ หรือ ‘1’ ซึ่งมักจะ
โฟตอน (แสง) ในการส่งข้อมูล การพัวพันนี้สามารถแสดงพิสูจน์ว่ามีอยู่จริงผ่านการทดลองง่าย ๆ หมายถึงค่าระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต่างกัน
ที่แสดงในรูปที่ 2 คือ เรามีแหล่งก�าเนิดแสงที่พัวพันกัน โดยแหล่งก�าเนิดแสงนี้จะให้อนุภาค ในวงจร แต่คิวบิตนั้นจะมีค่าที่เป็นไปได้
โฟตอนครั้งละ 2 ตัว ซึ่งโฟตอนนี้จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงไปคนละทิศทาง โดยหากเรา เป็นอนันต์ และแทนด้วยเวกเตอร์หนึ่งหน่วย
ท�าการตรวจวัดคุณสมบัติของโฟตอนตัวหนึ่ง (อนุภาค 2 ในรูปที่ 2) เราก็จะสามารถทราบได้ ที่มีจุดปลายอยู่บนผิวของทรงกลม โดยทรงกลมนี้
ทันทีว่า โฟตอนอีกตัวหนึ่ง (อนุภาค 1) มีคุณสมบัติเป็นอย่างไร นั่นคือ อนุภาคทั้งสองพัวพันกัน! เรียกว่า ทรงกลมบล็อก (Bloch’s sphere)
รูปที่ 1 การทันเนลลิ่งของอนุภาคผ่านก�าแพงพลังงานศักย์ ซึ่งเทียบได้กับ การยิงลูกบอลไปยังก�าแพง โดยหากพิจารณาอนุภาคเป็นคลื่น
ก็จะท�าให้เหตุการณ์ที่อนุภาคทะลุผ่านก�าแพงเกิดขึ้นได้
รูปที่ 2 ภาพการทดลองอย่างง่ายที่แสดงการพัวพันกันของอนุภาค 1 และ 2
ปีที่ 75 ฉบับที่ 2 เมษายน-มิถุนายน 2565 วิศวกรรมสาร 75
