การพัวพันของแสงทำให้เกิดสภาวะของแมวชโรดิงเงอร์

นักวิจัยจากสถาบัน Max Planck Institute for Quantum Opticsในเมือง Garching ประเทศเยอรมนี ประสบความสำเร็จในการสร้างรัฐของแมวชโรดิงเงอร์โดยใช้อะตอมรูบิเดียม-87 เพียงอะตอมเดียวในช่องแสงเพื่อควบคุมพัลส์แสงที่แพร่กระจาย ความสำเร็จนี้อาจช่วยพัฒนาด้านวิศวกรรมสถานะควอนตัมด้วยการใช้งานที่เป็นไปได้ในเครือข่ายควอนตัมและการคำนวณควอนตัม

ในปี 1935 นักฟิสิกส์ Erwin Schrödinger 

ได้คิดค้นการทดลองทางความคิดที่โด่งดังของเขาเกี่ยวกับแมวที่สามารถตายและมีชีวิตอยู่ในเวลาเดียวกันได้อย่างน่าประหลาดใจ ในgedankenการสลายตัวของอะตอมกัมมันตภาพรังสีทำให้เกิดกลไก (การแตกของขวดที่มีก๊าซพิษ) ที่ฆ่าแมว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการสลายตัวของอะตอมกัมมันตภาพรังสีเป็นปรากฏการณ์สุ่มและควอนตัมโดยสมบูรณ์ เราจึงไม่สามารถทราบช่วงเวลาที่แมวตายได้ ในทางคณิตศาสตร์ แมวอยู่ในสถานะซ้อนทับกันของรัฐควอนตัม ซึ่งรู้จักกันในชื่อ “แมวชโรดิงเงอร์”

การสร้างสถานะนี้ขึ้นมาใหม่ไม่ใช่เรื่องง่าย แต่นักวิจัยสามารถทำได้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาโดยใช้การซ้อนทับควอนตัมของสถานะที่สอดคล้องกันของสนามเลเซอร์ที่มีแอมพลิจูดหรือเฟสต่างกัน พวกเขายังสร้างสถานะเหล่านี้โดยใช้ไอออนที่ติดอยู่ (โดยมีสถานะการสั่นสะเทือนของไอออนในกับดักที่ทำหน้าที่เป็นแมว) และสนามไมโครเวฟที่สอดคล้องกันซึ่งจำกัดอยู่ในกล่องตัวนำยิ่งยวดรวมกับอะตอม Rydberg และควอนตัมบิตของตัวนำยิ่งยวด (qubits)

การซ้อนควบคุมของสองสถานะทีมงานที่นำโดยGerhard Rempeได้สร้างสถานะของสสารแสงของแมวชโรดิงเงอร์ที่พันกันโดยการสะท้อนพัลส์เลเซอร์ที่สอดคล้องกันจากช่องแสงที่มีอะตอมที่ติดอยู่เพียงอะตอมเดียวซึ่งอยู่ภายใต้การควบคุมของสองสถานะ (“หมุนขึ้น” และ “หมุนลง” ).ช่องแสงประกอบด้วยกระจกสองบานที่มีการสะท้อนแสงมากกว่า 99.99% โดยหันเข้าหากัน เพื่อให้สามารถสะท้อนแสงชีพจรไปมาได้ประมาณ 10,000 ครั้ง ชีพจรของแสงจึงมีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงกับอะตอมที่ติดอยู่

Bastian Hackerหัวหน้าทีมวิจัยอธิบายว่า

“เราดัก อะตอม 87 Rb เพียงอะตอมเดียวในเรโซเนเตอร์ ซึ่งสามารถขยับเฟสของพัลส์แสงที่กระทบกระเทือน ได้ ” “ถ้าอะตอมอยู่ในสถานะการหมุนขึ้นและลงที่เท่ากัน ชีพจรของแสงก็จะถูกนำเข้าสู่สถานะการซ้อนด้วยเช่นกัน”

เขากล่าวถึงเทคนิคนี้เนื่องจากพัลส์ของแสงจะเข้าไปพัวพันกับอะตอมในทุกการทดลอง“รัฐของแมวได้รับการสันนิษฐานว่าดำรงอยู่มานานหลายทศวรรษแล้ว และสูตรในการสร้างพวกมันด้วยเครื่องสะท้อนด้วยแสง เช่นเดียวกับในการศึกษาของเรา ได้รับการเสนอชื่อครั้งแรกในบทความในปี 2548 การได้เห็นสิ่งนี้ในท้ายที่สุด งานนี้น่าตื่นเต้นที่สุด และเป็นหนึ่งในชัยชนะที่นับไม่ถ้วนของกลศาสตร์ควอนตัม” เขาบอกกับPhysics World

ฟังก์ชั่น Wigner วัดได้นักวิจัยได้วัดการทำงานของ Wigner ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญของระบบที่ไม่ใช่แบบคลาสสิกเพื่อยืนยันว่าพัลส์แสงนั้นอยู่ในสถานะแมวชโรดิงเงอร์ “คุณสมบัติของพัลส์แสงได้อธิบายไว้ในพื้นที่เฟสซึ่งแต่ละจุดแสดงถึงแอมพลิจูดหนึ่งอันและเฟสของคลื่นแสง” แฮ็กเกอร์อธิบาย “ฟังก์ชัน Wigner เป็นการแจกแจงความน่าจะเป็นทางกลควอนตัมในพื้นที่เฟส และมีคำอธิบายที่ชัดเจนเกี่ยวกับสถานะทางแสง”

ในตรรกะคลาสสิกและฟิสิกส์คลาสสิก การแจกแจงความน่าจะเป็นมักจะเป็นบวกเสมอ และความน่าจะเป็นเชิงลบไม่มีอยู่จริง เขากล่าว ในทางตรงกันข้าม ฟังก์ชัน Wigner ของสถานะทางแสงพิเศษ เช่น สภาพของแมว อาจกลายเป็นลบ “นี่เป็นคุณลักษณะของควอนตัมที่แท้จริงและสถานะดังกล่าวไม่สามารถอธิบายได้ด้วยฟิสิกส์คลาสสิก”

ประตูควอนตัมลอจิกนักวิจัยไม่ได้หยุดเพียงแค่นั้น 

ในการทดลองพิสูจน์แนวคิดครั้งแรก พวกเขาได้สร้างเกทควอนตัมลอจิกระหว่างอะตอมกับพัลส์แสง โดยมีโฟโตนิกคิวบิตเข้ารหัสในระยะของสนามแสง”เกทลอจิกควอนตัมมีคิวบิตเป็นอินพุตและเอาต์พุต และทำการคำนวณเบื้องต้นเกี่ยวกับการรวมกันของสถานะอินพุต เหมือนกับเกทลอจิคัลแบบคลาสสิกในคอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง” Severin Daiß สมาชิกในทีมอธิบาย “ในการทดลองของเรา หนึ่ง qubit ถูกเก็บไว้ในอะตอม และ qubit ที่สองจะถูกเข้ารหัสในสถานะ cat”

ในการตั้งค่านี้ qubit “0” คือสนามแสงในช่วงหนึ่ง (“แมวที่มีชีวิต”) และ “1” qubit คือสนามแสงที่เฟสตรงข้าม (“แมวตาย”) เกตทำงานโดยส่งพัลส์แสงไปยังเรโซเนเตอร์แบบออปติคัล ซึ่งจะขยายสนามแสงที่ตำแหน่งของอะตอม “ดังนั้นสนามอะตอมและสนามแสงจึงสามารถเปลี่ยนแปลงสถานะของกันและกันเพื่อดำเนินการควบคุม-NOT (CNOT) ได้ คล้ายกับการดำเนินการแบบคลาสสิกบวก” Daiß กล่าว “แต่ในทางตรงกันข้ามกับประตูแบบคลาสสิก สถานะอินพุตบางอย่างนำไปสู่เอาต์พุตพัวพันระหว่างอะตอมกับพัลส์แสง ซึ่งเป็นสิ่งที่เราได้เห็นในงานของเรา”

สถานะของแมวสำหรับเครือข่ายควอนตัมสถานะของแมวอาจไม่เพียงแต่ดีสำหรับการตอบคำถามเชิงปรัชญาเก่า ๆ เกี่ยวกับขอบเขตของกลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้น เขากล่าว ในความเป็นจริงพวกเขาอนุญาตให้เข้ารหัส qubits ในลักษณะที่สามารถตรวจจับและแก้ไขการสูญเสียแสงได้ “สิ่งนี้ตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงกับโฟตอนเดี่ยว ซึ่งการสูญเสียดังกล่าวจะลบข้อมูลที่ถืออยู่โดยไม่สามารถย้อนกลับได้ ซึ่งหมายความว่าสถานะ cat นั้นน่าสนใจสำหรับการใช้งานในเครือข่ายควอนตัมขนาดเล็กซึ่งอะตอมในเรโซเนเตอร์ทำหน้าที่เป็นโหนดผู้ส่งและผู้รับที่เชื่อมต่อด้วยใยแก้วนำแสงซึ่งรัฐสามารถแพร่กระจายได้”

นักวิจัยของ Max Planck รายงานการทดลองของพวกเขาในNature Photonics  10.1038/s41566-018-0339-5กำลังทำงานเพื่อปรับปรุงเครื่องสะท้อนเสียงเพื่อลดการสูญเสีย “การทำเช่นนี้จะช่วยให้เราสร้างสถานะที่ใหญ่ขึ้นและซับซ้อนมากขึ้น” Rempe กล่าว “เรายังต้องการสร้างโหนดเครือข่ายควอนตัมที่ใช้เรโซเนเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยการควบคุมอิสระมากกว่าหนึ่งอะตอมในเรโซเนเตอร์”

โครงสำหรับตั้งสิ่งของดังกล่าวเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนซึ่งแสดงถึงต้นทุนและขนาดของการติดตั้งเพียงเล็กน้อย และสำหรับการบำบัดด้วยคาร์บอนไอออน มีเพียงสองโครงสำหรับตั้งสิ่งของในโลก ศูนย์บำบัดด้วยลำแสงไอออนของ ไฮเดลเบิร์ก ในเยอรมนีมีความยาว 25 ม. และหนักกว่า 600 ตัน อีกแห่งหนึ่งในเมืองชิบะประเทศญี่ปุ่น เป็นโครงสำหรับตั้งสิ่งของตัวนำยิ่งยวดที่เล็กกว่าและหนัก 250 ตัน แต่มาพร้อมกับความท้าทายเพิ่มเติมของระบบแช่แข็งแบบหมุนได้

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>สล็อตแตกง่าย