การพันกันของควอนตัมเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์พื้นฐานและน่าสนใจที่สุดในธรรมชาติ การวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับการพัวพันได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นทรัพยากรที่มีคุณค่าสำหรับการสื่อสารควอนตัมและการประมวลผลข้อมูล ขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์จากญี่ปุ่นได้ค้นพบสถานะควอนตัมที่พันกันอย่างเสถียรของโปรตอนสองตัวบนพื้นผิวซิลิคอน ซึ่งเปิดประตูสู่การรวมตัวของแพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกและควอนตัม และอาจเสริมสร้างอนาคตของควอนตัม เทคโนโลยี.
ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจที่สุดอย่างหนึ่งในกลศาสตร์ควอนตัมคือ "การพัวพันกับควอนตัม" ปรากฏการณ์นี้อธิบายว่าอนุภาคบางตัวเชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออก ซึ่งทำให้สถานะของพวกมันสามารถอธิบายได้โดยอ้างอิงถึงกันและกันเท่านั้น ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคนี้ยังเป็นพื้นฐานของการคำนวณควอนตัมอีกด้วย และนี่คือเหตุผลว่าทำไมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์จึงมองหาเทคนิคในการสร้างสิ่งกีดขวาง อย่างไรก็ตาม เทคนิคเหล่านี้ต้องเผชิญกับอุปสรรคทางวิศวกรรมหลายประการ รวมถึงข้อจำกัดในการสร้าง “qubits” จำนวนมาก (ควอนตัมบิต หน่วยพื้นฐานของข้อมูลควอนตัม) ความจำเป็นในการรักษาอุณหภูมิที่ต่ำมาก (<1 K) และการใช้ วัสดุบริสุทธิ์พิเศษ พื้นผิวหรือส่วนต่อประสานมีความสำคัญต่อการก่อตัวของควอนตัมพัวพัน น่าเสียดายที่อิเล็กตรอนที่ถูกกักขังไว้บนพื้นผิวมีแนวโน้มที่จะ "แยกตัว" ซึ่งเป็นสภาวะที่ไม่มีความสัมพันธ์แบบเฟสที่กำหนดไว้ระหว่างสองสถานะที่แตกต่างกัน ดังนั้น เพื่อให้ได้ qubits ที่เสถียรและสอดคล้องกัน จะต้องกำหนดสถานะการหมุนของอะตอมบนพื้นผิว (หรือโปรตอนที่เท่าเทียมกัน)
ล่าสุด ทีมนักวิทยาศาสตร์ในญี่ปุ่น ได้แก่ Prof. Takahiro Matsumoto จาก Nagoya City University, Prof. Hidehiko Sugimoto จาก Chuo University, Dr. Takashi Ohhara จาก Japan Atomic Energy Agency และ Dr. Susumu Ikeda จาก High Energy Accelerator Research Organization ตระหนักถึงความต้องการ qubits ที่เสถียร เมื่อดูที่สถานะการหมุนของพื้นผิว นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบโปรตอนคู่หนึ่งที่พันกันบนพื้นผิวของนาโนคริสตัลซิลิคอน
ศ.มัตสึโมโตะ หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ กล่าวถึงความสำคัญของการศึกษาของพวกเขา "ก่อนหน้านี้การพัวพันของโปรตอนได้รับการสังเกตในโมเลกุลไฮโดรเจนและมีบทบาทสำคัญในหลากหลายสาขาวิชาทางวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตามสถานะพัวพันพบได้ในเฟสของก๊าซหรือของเหลวเท่านั้น ตอนนี้เราตรวจพบควอนตัมพัวพันบนพื้นผิวที่แข็ง ซึ่งสามารถวางรากฐานสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมในอนาคต” การศึกษาบุกเบิกของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในฉบับล่าสุด การทบทวนทางกายภาพ B.
นักวิทยาศาสตร์ศึกษาสถานะการหมุนโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า “inelastic neutron scattering spectroscopy” เพื่อกำหนดลักษณะของการสั่นสะเทือนที่พื้นผิว โดยการสร้างแบบจำลองอะตอมบนพื้นผิวเหล่านี้เป็น "ฮาร์โมนิกออสซิลเลเตอร์" พวกมันแสดงให้เห็นการต่อต้านสมมาตรของโปรตอน เนื่องจากโปรตอนเหมือนกัน (หรือแยกไม่ออก) แบบจำลองออสซิลเลเตอร์จึงจำกัดสถานะการหมุนที่เป็นไปได้ ส่งผลให้เกิดการพัวพันที่รุนแรง เมื่อเปรียบเทียบกับการพัวพันของโปรตอนในโมเลกุลไฮโดรเจน สิ่งกีดขวางนั้นมีพลังงานที่แตกต่างกันอย่างมากระหว่างสถานะต่างๆ ของมัน ทำให้มั่นใจได้ถึงอายุยืนยาวและความเสถียร นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังแสดงให้เห็นในทางทฤษฎีว่ามีการเปลี่ยนแปลงของโฟตอนคู่ที่พันกันเทราเฮิร์ตซ์โดยใช้โปรตอนพัวพัน
การบรรจบกันของโปรตอนคิวบิตกับเทคโนโลยีซิลิกอนร่วมสมัยอาจส่งผลให้เกิดการรวมตัวของแพลตฟอร์มการคำนวณแบบคลาสสิกและควอนตัมแบบออร์แกนิก ทำให้มีคิวบิตจำนวนมากขึ้น (106) กว่าที่มีอยู่ (102) และการประมวลผลที่รวดเร็วเป็นพิเศษสำหรับแอปพลิเคชันซูเปอร์คอมพิวติ้งใหม่ “คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถจัดการกับปัญหาที่ซับซ้อน เช่น การแยกตัวประกอบจำนวนเต็มและ 'ปัญหาพนักงานขายการเดินทาง' ซึ่งแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะแก้ไขด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบเดิม นี่อาจจะเป็น เกม- ตัวเปลี่ยนในการคำนวณควอนตัมในด้านการจัดเก็บ การประมวลผล และการถ่ายโอนข้อมูล ซึ่งอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ในด้านเภสัชกรรม ความปลอดภัยของข้อมูล และด้านอื่นๆ อีกมากมาย” ศาสตราจารย์มัตสึโมโตะที่มองโลกในแง่ดีสรุป
เราอาจใกล้จะได้เห็นการปฏิวัติทางเทคโนโลยีในการคำนวณควอนตัม!
ELE ไทม์ส
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsการใช้อัลกอริธึมการเรียนรู้เชิงลึกเพื่อให้นักปั่นจักรยานได้รับ 'คลื่นสีเขียว' ที่สัญญาณไฟจราจร
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsอินเดียคิดค้นเทคโนโลยีที่สร้างไฮโดรเจนโดยตรงจากสารตกค้างทางการเกษตร
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsการศึกษากล่าวว่า 'ไฮโดรเจนสีน้ำเงิน' นั้นไม่ดีต่อสภาพอากาศ
-
ELE ไทม์สhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsMouser นำเสนอเว็บไซต์อีเทอร์เน็ตคู่เดียวจาก Texas Instruments และ Phoenix Contact