คอมพิวเตอร์ควอนตัมและการสื่อสารสัญญาว่าเครื่องจักรที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและรหัสที่ไม่แตกหัก แต่เพื่อให้พวกเขาทำงานได้จำเป็นต้องวัดสถานะควอนตัมของอนุภาคเช่นโฟตอนหรืออะตอม สถานะควอนตัมเป็นตัวเลขที่อธิบายลักษณะของอนุภาคเช่นโมเมนตัมหรือพลังงาน
แต่การวัดสถานะควอนตัมเป็นเรื่องยากและใช้เวลานานเพราะการทำเช่นนั้นจะเปลี่ยนแปลงพวกเขาและเพราะคณิตศาสตร์สามารถซับซ้อน ตอนนี้ทีมงานต่างประเทศกล่าวว่าพวกเขาพบวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการทำมันซึ่งสามารถทำให้ง่ายขึ้นในการสร้างเทคโนโลยีควอนตัมกลไก
ในการศึกษารายละเอียดในวารสาร Nature Communications ฉบับวันที่ 20 มกราคมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์และมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ได้ทำการวัดโดยตรงของรัฐควอนตัม 27 มิติของโฟตอน มิติเหล่านี้เป็นคณิตศาสตร์ไม่ใช่มิติในอวกาศและแต่ละอันก็เป็นตัวเลขที่เก็บข้อมูล เพื่อทำความเข้าใจสถานะควอนตัม 27 มิติให้คิดถึงบรรทัดที่อธิบายไว้ในสองมิติ เส้นจะมีทิศทางในพิกัด X และ Y - เหลือ 3 นิ้วและ 4 นิ้วขึ้นไป สถานะควอนตัมมี 27 พิกัดดังกล่าว -ควอนตัมฟิสิกส์: อนุภาคเล็ก ๆ ที่เจ๋งที่สุดในธรรมชาติ-
“ เราเลือก 27 ชนิดที่จะสร้างจุดประมาณ 26 ตัวอักษรในตัวอักษรและโยนอีกหนึ่ง” Mehul Malik กล่าวตอนนี้นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ Theuniversity of Vienna กล่าว นั่นหมายถึงแต่ละควอนตัมบิตหรือ "QUBIT" สามารถเก็บจดหมายแทน 1 หรือ 0 อย่างง่าย
เห็นโฟตอน
กลุ่มนำโดยมาลิกและโรเบิร์ตบอยด์ศาสตราจารย์ด้านทัศนศาสตร์และฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์สามารถทำได้ดูสถานะของโฟตอนโดยตรง- พวกเขาวัดโมเมนตัมเชิงมุมวงโคจรของโฟตอนซึ่งเป็นเท่าใดอนุภาคของแสง"บิด" ขณะที่พวกเขาเดินทางผ่านอวกาศ
โดยปกติการค้นหาสถานะควอนตัมของโฟตอนต้องใช้กระบวนการสองขั้นตอน ประการแรกนักวิทยาศาสตร์ต้องวัดคุณสมบัติบางอย่างของโฟตอนเช่นโพลาไรซ์หรือโมเมนตัม การวัดจะดำเนินการในหลายสำเนาของสถานะควอนตัมของโฟตอน แต่บางครั้งกระบวนการนั้นก็แนะนำข้อผิดพลาด เพื่อกำจัดข้อผิดพลาดนักวิทยาศาสตร์ต้องดูว่าผลลัพธ์ที่พวกเขาได้รับนั้นคือ "ไม่อนุญาต" รัฐ - สิ่งที่ไม่ปฏิบัติตามกฎของฟิสิกส์ แต่วิธีเดียวที่จะค้นหาได้คือการค้นหาผลลัพธ์ทั้งหมดและทิ้งสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ ที่กินเวลาและความพยายามในการคำนวณเป็นจำนวนมาก กระบวนการนี้เรียกว่าการเอกซ์เรย์ควอนตัม -9 ความลึกลับที่ยังไม่ได้แก้ไขมากที่สุดในฟิสิกส์-
คลื่นแสงคือการรวมกันของไฟล์สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กแต่ละอันแกว่งและสร้างคลื่น แต่ละคลื่นเคลื่อนที่ในเวลากับอีกคลื่นและพวกมันก็ตั้งฉากกัน ลำแสงของแสงประกอบด้วยคลื่นเหล่านี้มากมาย
แสงสามารถมีสิ่งที่เรียกว่าโมเมนตัมเชิงมุมวงโคจร ในลำแสงที่ไม่มีโมเมนตัมเชิงมุมวงโคจรยอดเขาของคลื่น - ตัวอย่างเช่นไฟฟ้า - เรียงรายไปด้วย เครื่องบินที่เชื่อมต่อยอดเขาเหล่านี้จะแบน หากลำแสงมีโมเมนตัมเชิงมุมวงโคจรเครื่องบินที่เชื่อมต่อยอดเขาเหล่านี้จะทำให้รูปแบบเกลียวและเกลียวเพราะคลื่นแสงจะถูกชดเชยจากกันเล็กน้อยขณะที่คุณเดินไปรอบ ๆ ลำแสง ในการวัดสถานะของโฟตอนนักวิทยาศาสตร์จะต้อง "คลี่คลาย" รูปทรงเกลียวของคลื่นในลำแสง
การวัดสถานะควอนตัมของโฟตอน
ทีมแรกยิงเลเซอร์ผ่านโพลิเมอร์โปร่งใสที่หักเหแสง "คลี่คลาย" เกลียวที่เกิดจากคลื่น แสงจากนั้นผ่านเลนส์พิเศษและเข้าไปในตะแกรงที่ทำสำเนาของลำแสงจำนวนมาก หลังจากผ่านตะแกรงแสงจะกระจายออกไปเพื่อสร้างลำแสงที่กว้างขึ้น
หลังจากที่ลำแสงกว้างขึ้นแล้วมันจะกระทบกับอุปกรณ์ที่เรียกว่าโมดูเลเตอร์แสงเชิงพื้นที่ โมดูเลเตอร์ดำเนินการวัดครั้งแรก ลำแสงจะสะท้อนกลับไปในทิศทางเดียวกันกับมันมาจากและผ่านตัวแยกลำแสง ณ จุดนั้นส่วนหนึ่งของ beam จะเคลื่อนไปทางร่องซึ่งทำการวัดครั้งที่สอง -ฟิสิกส์บิด: 7 การทดลองที่น่าเหลือเชื่อ-
หนึ่งในสองการวัดเรียกว่า "อ่อนแอ" และอื่น ๆ "แข็งแกร่ง" โดยการวัดคุณสมบัติสองคุณสมบัติสถานะควอนตัมของโฟตอนสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้โดยไม่ต้องมีการคำนวณการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ยาวนาน
ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมสถานะควอนตัมของอนุภาคคือสิ่งที่เก็บ qubit ตัวอย่างเช่น qubit สามารถเก็บไว้ในโพลาไรเซชันของโฟตอนหรือโมเมนตัมการวงโคจรของมันหรือทั้งสองอย่างอะตอมยังสามารถเก็บ qubits ในโมเมนต์หรือสปินของพวกเขา
คอมพิวเตอร์ควอนตัมปัจจุบันมีเพียงไม่กี่บิต มาลิกตั้งข้อสังเกตว่าบันทึกคือ 14คั่วใช้ไอออน เวลาส่วนใหญ่ไอออนหรือโฟตอนจะมีบิตของบิตเท่านั้นที่สามารถจัดเก็บได้เนื่องจากรัฐจะเป็นสองมิติ นักฟิสิกส์ใช้ระบบสองมิติเพราะนั่นคือสิ่งที่พวกเขาสามารถจัดการได้-มันยากมากที่จะจัดการมากกว่าสองมิติเขากล่าว
การวัดโดยตรงซึ่งตรงข้ามกับเอกซ์เรย์ควรทำให้ง่ายต่อการวัดสถานะของอนุภาค (โฟตอนในกรณีนี้) นั่นหมายความว่ามันง่ายกว่าที่จะเพิ่มมิติมากขึ้น - สามสี่หรือแม้กระทั่ง - เช่นเดียวกับในการทดลองนี้ 27 - และเก็บข้อมูลเพิ่มเติม
Mark Hillery ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่ Hunter College ในนิวยอร์กสงสัยว่าการวัดโดยตรงจะพิสูจน์ได้ดีกว่าเทคนิคปัจจุบัน "มีข้อโต้แย้งเกี่ยวกับการวัดที่อ่อนแอ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่ว่าพวกเขาจะมีประโยชน์หรือไม่" ฮิลเลรีเขียนในอีเมลถึง LiveScience "สำหรับฉันปัญหาหลักที่นี่คือเทคนิคที่พวกเขาใช้นั้นดีกว่า (มีประสิทธิภาพมากกว่า) มากกว่าเอกซ์เรย์ควอนตัม-รัฐสำหรับการสร้างสถานะควอนตัมใหม่และโดยสรุปพวกเขาบอกว่าพวกเขาไม่รู้จริงๆ"
Jeff Savail นักวิจัยผู้สมัครปริญญาโทที่ Simon Fraser University ของแคนาดาทำงานเกี่ยวกับปัญหาการวัดโดยตรงที่คล้ายกันในห้องปฏิบัติการของ Boyd และงานของเขาถูกอ้างถึงในการศึกษาของ Malik ในอีเมลเขากล่าวว่าหนึ่งในความหมายที่น่าตื่นเต้นยิ่งกว่าคือ "ปัญหาการวัด" นั่นคือในระบบกลไกควอนตัมคำถามว่าทำไมการวัดบางอย่างทำให้รัฐควอนตัมเสียสถานะในขณะที่คนอื่นไม่ได้เป็นคำถามเชิงปรัชญาที่ลึกกว่าที่เกี่ยวกับเทคโนโลยีควอนตัมเอง “ เทคนิคการวัดโดยตรงช่วยให้เราเห็นได้อย่างถูกต้องในใจกลางของรัฐควอนตัมที่เรากำลังเผชิญอยู่” เขากล่าว นั่นไม่ได้หมายความว่ามันไม่ได้มีประโยชน์ - ไกลจากมัน "อาจมีแอพพลิเคชั่นในการถ่ายภาพเช่นเดียวกับการรู้ฟังก์ชั่นคลื่นของภาพแทนที่จะเป็นสแควร์นั้นมีประโยชน์มาก"
มาลิกเห็นพ้องกันว่าจำเป็นต้องมีการทดลองมากขึ้น แต่เขาก็ยังคิดว่าข้อดีอาจอยู่ในข้อเสนอการวัดความเร็วตรงความเร็วสัมพัทธ์ “ เอกซ์เรย์ลดข้อผิดพลาด แต่การโพสต์การประมวลผล [การคำนวณ] อาจใช้เวลาหลายชั่วโมง” เขากล่าว
ติดตามเรา@livescience-Facebook-Google+- บทความต้นฉบับเกี่ยวกับLiveScience-
