ควอนตัมอีเรเซอร์ (Quantum Eraser)

ควอนตัมอีเรเซอร์ (Quantum Eraser) วันนี้ทางทีม QuTE จะพาไปทำความเข้าใจเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องควอนตัมอีเรเซอร์กันนะครับ อย่างแรกที่ที่เราต้องเข้าใจก่อนคือคำว่า อีเรเซอร์ เมื่อเราได้ยินคำนี้เราๆท่านๆคงนึกถึง “ยางลบ” กันแน่ๆ เมื่อเรานำมาผสมกับคำว่าควอนตัมมันก็อาจจะแปรได้ว่า “ยางลบควอนตัม” อะไรประมาณนั้น แต่ประเด็นคือมันลบอะไร ทบทวนแนวคิดเกี่ยวกับพฤติกรรมอันแปลกประหลาดของควอนตัมกันก่อนดีกว่าครับ ในการตีความควอนตัมในแบบของโคเปนเฮเกน (Copenhagen interpretation) ก่อนท่ีเราจะทําการสังเกตุ ระบบ ระบบจะอยู่ในสถานะซ้อนทับ (Superposition state) ของสถานะย่อยๆทุกอันที่เป็นไปได้ เมื่อ ทําการวัดจะเกิดการยุบตัว (Collapse) ของสถานะซ้อนทับ ลงไปในสถานะย่อยอันใดอันหนึ่งอย่างสุ่ม เราขอยกตัวอย่าง สถานะสปิน (Spin) ของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็กซึ่งวาง ตัวตามแนวดิ่ง เราเตรียมให้อิเล็กตรอนอยู่ในสถานะซ้อนทับระหว่าง ขึ้น (Up) กับ ลง (Down) [มีความเบลอๆของสถานะ]     ผลที่ได้จากการวัดทิศของสปินตามแนวดิ่งนั้นออกมาแบบสุ่ม (random) 50% ที่จะได้ทิศขึ้น 50% ที่จะได้ ทิศลง สมมุติว่าผลท่ีได้ออกเป็นเป็นทิศข้ึน [ณ ตอนนี้มีความชัดเจนของสถานะ] หากข้าวเกรียบทําการวัดทิศของสปินอีกครั้ง […]

Site Default

17/12/2019

ควอนตัมซุปเปอร์เดนส์โค้ดดิ้ง

การสื่อสาร พื้นฐานการสื่อสารต้องการผู้รับและผู้ส่ง โดยข้อความนั้นถูกเข้ารหัส ซึ่งในที่นี้อาจเป็นแถว ของบิต 0 และ 1 แล้วส่งผ่านช่องทางคลาสสิค เช่น สายไฟเบอร์ออฟติก หรือ  กระแสไฟฟ้าผ่านสายโทรศัพย์ เป็นต้น สมมติว่าอลิสต้องการส่ง ภาพอากาศจากที่อยู่ของเธอไปให้บ๊อบซึ่งอยู่อีกที่หนึ่ง(เงื่อนไขดังรูปด้านล่าง) ซึ่งมีอยู่ด้วยกัน 4 แบบดังรูปด้านข้าง อลิสต้องการใช้บิตในการ  แสดงข้อมูล ดังนั้นเธอต้องการ 2 บิตสำหรับ 4 สถานะการณ์ข้างต้น จากนั้นอลิสทำการเข้ารหัสข้อมูลด้วยสีลูกบอลที่ต่างกัน 4 สีสำหรับแต่ละสถานะการณ์ เธอทำการส่งลูกบอลไปให้บ๊อบ เมื่อบ๊อบเห็นสีลูกบอลก็จะรู้ทันทีว่าสภาพอากาศทางฝั่งของอลิสนั้นเป็นอย่างไร จะเห็นได้ว่ากระบวนการดังกล่าวต้องการ 2 บิตของข้อมูลในการส่งเพื่อสื่อสารผ่านช่องทางคลาสสิค ในปี 1992 Bennett และ Wiesner  (Bennett, C.; Wiesner, S. (1992), Communication via one- and two-particle operators on Einstein-Podolsky-Rosen states”. Physical Review […]

Site Default

06/12/2019

ควอนตัม 101

ปัจจุบันเราต้องยอมรับว่าคำว่า “ควอนตัม” นั้นเป็นคำนิยมเพราะถูกใช้มากมายไม่ว่าจะเป็น สินค้า โฆษณา ภาพยนต์ต่างๆ หรือแม้แนวปาฎิหาริย์ !! ดังนั้นจุดหมายของบทความนี้ต้องการให้ความรู้แบบพื้นฐานเท่าที่จำเป็นสำหรับบุคคลทั่วไปเพื่อให้เข้าใจว่าเจ้าคำว่า “ควอนตัม” ในเชิงวิทยาศาสตร์นั้นหมายถึงอะไร แล้วทำไมปัจจุบันนี้คำนี้จึงได้ถูกนำมาใช้อย่างมากมาย  ก่อนอื่นเราอาจจะทำเป็นต้องทำความเข้าใจความหมายของคำว่าควอนตัมก่อน ควอนตัม (Quantum) นั้นมีรากมาจากภาษาละตินจากคำว่า ควอนตัส (Quantus) ซึ่งแปลได้ว่า มีมากเท่าไร ใหญ่เท่าไร ประมาณนี้ คำว่าควอนต้า (Quanta) ซึ่งเป็นพหูพจน์ของคำว่าควอนตัม ในทางฟิสิกส์นั้นหมายถึงองค์ประกอบที่เล็กที่สุดของสิ่งใดๆ คำว่าสิ่งใดๆในที่นี้หมายถึง สิ่งของต่างๆรอบตัวเราหรือแม้กระทั่งตัวเราด้วยนะครับ มนุษย์เรานั้นพิเศษกว่าสัตว์ชนิดอื่นๆตรงที่ว่าเรารู้จักตั้งคำถามและหาคำตอบ(นั่นทำให้เรามีสิทธิพิเศษมากกว่าสิ่งมีชีวิตประเภทอื่นๆก็ว่าได้) เราเริ่มตั้งคำถามว่าสรรพสิ่งนั้นประกอบขึ้นมาจากอะไรมานานมากๆ เท่าที่มีบันทึกไว้น่าจะในยุคของกรีกโบราณโดยดีโมคริตุส (Democritus) ซึ่งมีชิวิตในช่วง 460-370 ปีก่อนคริสตกาล เขาเป็นผู้เสนอว่าจักรวาลนี้ประกอบด้วยอะตอม(แปลว่ามองไม่เห็น)จำนวนมากมายนับไม่ถ้วนและพื้นที่ว่างเปล่า อะตอมตามแนวคิดของดีโมคริตุสเป็นสิ่งที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติ ไม่สามารถถูกสร้างขึ้นใหม่หรือทำลายลงได้ และอะตอมนั้นมีหลายแบบซึ่งต่างกันเพียงรูปร่างและขนาด อะตอมแต่ละตัวจะเคลื่อนที่ไปทั่วไม่มีหยุด การชนกันระหว่างอะตอมทำให้เกิดสรรพสิ่งรอบตัวและเป็นจักรวาลอย่างที่เราเห็น ในมุมมองของดีโมคริตุส อะตอมที่ประกอบขึ้นมาเป็นน้ำนั้นผิวจะเรียบเพราะน้ำนั้นลื่นไหล ขณะที่อะตอมที่ประกอบเป็นเหล็กนั้นผิวจะมีความหยาบเพื่อยึดเกาะกันได้แน่นหนา เป็นต้น  อย่างไรก็ดี อริสโตเติล(มีชีวิตช่วง 350 ก่อนปีก่อนคริสตกาล)ซึ่งเป็นนักปราชญ์ที่ทรงอิทธิพลอย่างมากในช่วงเวลาของเขานั้นไม่เชื่อในการมีอยู่ของอะตอม เขาเชื่อว่าสรรพสิ่งประกอบกันขึ้นมาจาก ดิน น้ำ ลม ไฟ ดังนั้นแนวคิดเรื่องอะตอมจึงไม่ได้รับความสนใจเป็นเวลา […]

Site Default

25/07/2019

นาฬิกาควอนตัม (Quantum Clock)

เวลาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับมนุษย์ ในแต่ละวันตารางเวลาบอกเราว่าต้องทำอะไรเมื่อไหร่ ในแต่ละช่วงชีวิตเราค่อยๆเติบโตจากเด็กจนเป็นผู้ใหญ่ เราทุกคนเคลื่อนที่ผ่านเวลา เราเกิด แก่ และตาย พูดได้เลยว่ามนุษย์ทุกคนรู้จักและใกล้ชิดกับแนวคิดเรื่องเวลามากๆ แต่เวลาในสายตาของนักฟิสิกส์ล่ะ เวลาคืออะไรแล้วมันไปเกี่ยวข้องกับควอนตัมฟิสิกส์ได้อย่างไร? เวลามีหน่วยพื้นฐานที่เรียกว่า “วินาที” ซึ่งในมุมมองของนักฟิสิกส์นั้นถือเป็นปริมาณพื้นฐานทางฟิสิกส์ที่สำคัญมากกก(ก ล้านตัว) ถือเป็นหนึ่งในเจ็ดปริมาณพื้นฐาน(หรือที่เราคุ้นหูว่า SI UNIT)ที่ใช้อธิบายทุกสิ่งทุกอย่างในจักรวาลนี้ก็ว่าได้ ถ้าเราลองเปิดเข้าเว็บไซต์ Wikipedia.org ในหัวข้อ International System of Units (https://en.wikipedia .org/wiki/International_System_of_Units) ในหมวดของ second เราจะเห็นเขานิยามเวลาหนึ่งวินาทีว่า “The duration of 9192631770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium-133 atom.” แปลว่า […]

cryptice

16/03/2019

ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ (Quantum entanglement)

เกรินนำ เอนแทงเกิลเมนต์ (Entanglement) หากแปรออกมาเป็นไทยจะหมายถึง “ความพัวพัน” ซึ่งฟังแล้วอาจจะงงเข้าไปอีกเมื่อเราเอาเข้าไปร่วมกับคำว่าควอนตัมเป็น “ความพัวพันทางควอนตัม” (Quantum entanglement) จริงๆเพื่อให้สะดวกในการอ่านจะขอใช้คำว่า “ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์” ตรงๆไปเลย ในปัจจุบันนี้เทคโนโลยีหลายๆอย่างนั้นมีเจ้าควอนตัมแอนแทงเกิลเมนต์เป็นกุญแจพื้นฐานสำคัญอยู่ เช่น การสร้างรหัสเชิงควอนตัม (Quantum key distribution) หรือ ควอนตัมเทเลพอเทชัน (Quantum teleportation) เป็นต้น  วันนี้เราจะพาไปท่องโลกของเจ้าควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ว่าจุดกำเนิดนั้นมาได้อย่างไร กว่าจะมีถึงวันนี้แนวความคิดได้ผ่านการถกเถียงกันไปมาระหว่างนักฟิสิกส์ชื่อดังหลายๆท่าน และที่สำคัญมันโดนสร้างขึ้นมาเพื่อชี้ให้เห็นว่าควอนตัมนั้นไม่สมบูรณ์แต่กลับกลายเป็นว่าไม่เพียงจะไม่ทำให้ควอนตัมนั้นหยุดการพัฒนาแต่กลับทำให้เรามีความเข้าใจแบบก้าวกระโดดเป็นอย่างมากและในปัจจุบันนั้นความเข้าใจในธรรมชาติพื้นฐานอันแปลกประหลาดนี้ก็กำลังจะออกดอกออกผลให้เราได้เก็บเกี่ยวเป็นเทคโนโลยีแบบใหม่ๆ (ดังที่ได้ยกตัวอย่างข้างต้น) หรือการผนวกแนวความคิดของควอนตัมเองแทงเกิลเมนต์เข้าไปกับฟิสิกส์สาขาอื่นทำให้เกิดมุมมองใหม่ๆ เช่น แนวคิด ER=EPR ในการแก้ปัญหาเรื่องมุมมองที่ขัดแย้งของข้อมูลในหลุมดำ (Black hole information paradox) หรือ แนวคิดที่ว่ากาลอวกาศนั้นเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น( Emergence phenomena) จากการมีอยู่ของเอนแทงเกิลเมนต์ เป็นต้น เกมส์ทายถุงเท้า ก่อนที่เราจะไปทำความเข้าใจเกี่ยวกับควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์จะขอยกสถานะการณ์ต่อไปนี้ให้พิจารณาก่อน ตอนนี้เรามี อลิส บ๊อบ และ อีฟ เป็นเพื่อนกัน(แบบ Friend Zone !!) ทั้ง 3 […]

Site Default

09/03/2019

การเข้ารหัสทางควอนตัม (Quantum Crytography)

เกรินนำ ในยุคปัจจุบันที่เป็นโลกของการทำธุรกรรมเกือบทุกอย่างผ่านอินเตอร์เน็ต ไม่ว่าเป็น การจ่ายบิล การซื้อของ หรือ สื่อโซเชียลต่างๆ สิ่งที่เราต้องทำคือ การสร้างฐานข้อมูลส่วนตัวของเรา ซึ่งสิ่งแรกที่เราต้องสร้างคือ รหัส สำหรับล็อกอิน ซึ่งรหัสนี้เป็นของส่วนตัวสำหรับเราคนเดียว บางเวปนั้นอาจจะให้เราสร้างรหัสที่เกิดจากการประสมตัวอักษรกับตัวเลขอย่างน้อยก็ 4 หลัก เพื่อความปลอดภัย คำถามคือเพื่อความปลอดภัยจากใคร….. ก็ปลอดภัยจากบุคคลอื่นที่ไม่ใช่เราหรือเวปนั้นเอง เรียกว่า พวกแฮกเกอร์ ซึ่งหากได้รหัสไป เขาก็สามารถเขาไปเป็นเราและทำธุรกรรมแทนเราทุกอย่างได้ ดังนั้นการปกป้องรหัสนั้นสำคัญมากๆ นอกจากการเข้ารหัสเพื่อปกป้องข้อมูลส่วนตัวบนโลกอินเตอร์เน็ตแล้วการสร้างรหัสเพื่อปกป้องข้อมูลลับ เช่น ข้อมูลบางอย่างของรัฐบาล ข้อมูลทางการทหาร ที่สำคัญรหัสในการปลดล๊อกอาวุธต่างๆเหมือนในภาพยนต์ประมาณนั้น ปัจจุบันมีการสร้างวิธีในการเข้ารหัสข้อมูลที่ซับซ้อนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เช่น การอาศัยสมบัติของจำนวนเฉพาะ (prime number) อย่างไรก็ตามถึงการเข้ารหัสจะมีความยุ่งยากมากขึ้น แต่ด้วยประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ที่เพิ่มขึ้นตลอดจึงเป็นไปได้ว่าการปลดล๊อกรหัสของแฮกเกอร์ก็มีโอกาศเป็นไปได้เสมอ พื้นฐานการเข้ารหัส หัวใจของการเข้ารหัสคือ เราต้องการให้สื่อสารนั้นเป็นความลับระหว่างต้น(Sender)ทางและปลายทาง(Recipient) ดังนั้นข้อความที่เราต้องการส่ง(Plaintext)ไปยังปลายทางต้องได้รับการเข้ารหัส(Encrypt) หน้าตาข้อความเปลี่ยนไปจากเดิม(Ciphertext) เมื่อข้อความไปถึงปลายทางก็ทำการถอดรหัส(Decrypt) ก็จะได้ข้อความเดิมกลับ(Plaintext)มา ดังรูปแสดง ข้อยกตัวอย่างของการเข้ารหัสข้อความที่มีมาแต่สมัยของ จูเลียส ซีซาร์ (Julius Caesar) ประมาณ 2000 ปีที่แล้ว เป็นการเข้ารหัสที่ไม่ยากต่อการทำความเข้าใจ เงื่อนไขคือการเลื่อนตำแหน่งตัวอักษรไป k […]

Site Default

29/11/2018

ควอนตัมคอมพิวเตอร์ 101

สวัสดีครับ วันนี้ทางทีม QuTE จะพาไปทำความเข้าเกี่ยวกับ ควอนตัมคอมพิวเตอร์ อย่างง่ายๆกันครับ ประเด็นที่ 1 คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันมีหลักการทำงานพื้นฐานอย่างไร การทำงานของคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันคือการประมวณผลของข้อมูลที่อยู่ในรูปของ บิต ได้แก่ 0 และ 1 ในหน่วยประมาณผลนั้นจะประกอบไปด้วยชิป (Chip) ในชิปนั้นจะประกอบไปด้วยโมดูลพื้นฐาน ในโมดูลนั้นประกอบข้ึนมาจากลอจิกเกตชนิดต่างๆ ได้แก่ AND GATE, OR GATE, NAND GATE, XOR GATE, NOR GATE และ NOT GATE ส่วนเจ้าลอจิกเกตเหล่านี้ประกอบขึ้นมาจากทรานซิสเตอร์ แสดงดังรูปที่ 1

Site Default

26/11/2018

ควอนตัมเทเลพอเทชัน (Quantum teleportation)

สวัสดีครับ วันนี้ทางเพจ QuTE จะพาไปทำความเข้าใจหลักการทำงานพื้นฐานของควอนตัมเทเลพอเตชัน(Quantum teleportation)โดยอาศัยสมบัติทางควอนตัมระหว่าง 2 อนุภาคที่เรียกว่า ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ (Quantum entanglement) หลายคนเมื่อได้ยินคำว่าเทเลพอเตชันแล้วจะนึกไปถึงภาพยนต์แนววิทยาศาสตร์หลายๆเรื่อง เช่น Star Trek ที่มีการเทเลพอร์ตคนจากยานอวกาศลงไปยังดาว ซึ่งรูปแบบในภาพยนต์นั้นมีการส่งมวลสารและข้อมูลจากต้นทางไปประกอบกันขึ้นมาเป็นคนใหม่ที่ปลายทาง(คิดๆดูหากเครื่องเทเลพอร์ตนั้นเกิดผิดพลาดขึ้นมา เอาแขนไปต่อขา เอาขาไปหูงี้ น่าจะแย่นะครับ ฮาาา) ในความเป็น(ตามหลักฟิสิกส์) นั้นสิ่งที่เราสามารถส่งไปยังปลายทางได้(หรือเทเลพอร์ต)คือ สถานะซึ่งในที่นี้คือสถานะควอนตัม แนวคิดควอนตัมเทเลพอเตชันนั้นได้ถูกเสนอโดยกลุ่มนักฟิสิกส์ตามรูปด้านล่าง แผนภาพกระการทำควอนตัมเทเลพอเตชันแสดงดังด้านล่างซึ่งหาได้ทั่วไปตามอินเตอร์เน็ต ซึ่งเมื่อเสร็จกระบวนการสถานะของอนุภาค C จะโดนโอนถ่ายไปให้อนุภาค B ซึ่งอยู่ ณ จุดหมายปลายทาง เพื่อให้ง่ายต่อการทำความเข้าใจเราจะแบ่งขั้นตอนตามนี้ ขั้นตอนที่ 1 เราต้องเตรียมคู่อนุภาคที่แอนแทงเกิลกันอยู่สูงสุด(Maximally entangled state) ให้ชื่อว่า A และ B แล้วกันครับ จากนั้นก็แยกออกจากกัน A มอบให้กับอลิส ส่วน B มอบให้บ๊อบ โดยทั้ง 2 นั้นอยู่ที่ห้องปฏิบัติการคนละที่ เราอาจจะมองได้ว่าอนุภาค A และ […]

Site Default

19/11/2018