นักฟิสิกส์ชาวดัตช์พัฒนาตรวจจับแสง超導 สามารถระบุฟอตอนหลายตัวได้อย่างแม่นยำ

นักฟิสิกส์ชาวดัตช์รายงานว่าพวกเขาได้พัฒนาตรวจจับแสง超導ที่สามารถแยกแยะฟอตอนหนึ่ง ฟอตอนสอง หรือแม้แต่ฟอตอนสามตัวขึ้นไปได้ในเวลาเดียวกัน ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแม่นยำให้กับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ตรวจจับนี้ถูกสร้างขึ้นโดย Erik Baalbergen นักวิจัยหลังปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยไลเดนในประเทศเนเธอร์แลนด์ ไม่เพียงแต่สามารถระบุการมีอยู่ของแสง แต่ยังสามารถคำนวณจำนวนฟอตอนที่ชนกับพื้นผิวของมันได้ Baalbergen กล่าวว่า การค้นพบนี้อาจช่วยปรับปรุงความแม่นยำของการคำนวณควอนตัมและสนับสนุนการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบออพติคัลในอนาคต การวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการปริญญาเอกของเขา ซึ่งเขาได้ทำการสอบป้องกันเมื่อวันที่ 3 พฤศจิกายนที่ผ่านมา

“ฉันสนใจการทดลองเกี่ยวกับแสงมาตลอด” Baalbergen กล่าว “โครงการนี้รวมเอาออพติคส์ อิเล็กทรอนิกส์ และฟิสิกส์ของแข็งเข้าด้วยกัน และการตัดกันนี้ทำให้ฉันรู้สึกตื่นเต้นอย่างมาก”

หลักการทางเทคนิคของตรวจจับนาโนสาย超導

การวิจัยในด้านการนับฟอตอนแสดงให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบออพติคัลพึ่งพาฟอตอนเป็นควอนตัมบิตในการประมวลผลข้อมูลและการคำนวณ อย่างไรก็ตาม ตรวจจับส่วนใหญ่สามารถตรวจจับแสงได้ แต่มีความยากลำบากในการนับจำนวนฟอตอนเดียว การแก้ไขข้อจำกัดนี้ Baalbergen และทีมงานของเขาได้ศึกษาเกี่ยวกับตรวจจับนาโนสาย超導 อุปกรณ์เหล่านี้ประกอบด้วยสายไฟบางเฉียบที่ไม่มีความต้านทานที่อุณหภูมิที่ต่ำมาก ดังนั้น เมื่อฟอตอนชนกับสายไฟหนึ่งในนั้น จะเปลี่ยนสถานะไฟฟ้าของสายไฟและสร้างสัญญาณที่สามารถวัดได้ นักวิจัยยังได้ปรับปรุงการเชื่อมต่อระหว่างตรวจจับกับอุปกรณ์อ่านค่า ลดการสูญเสียสัญญาณและทำให้ง่ายต่อการดึงข้อมูลจากการวัด

ในห้องทดลองเลเซอร์ของวิทยาลัยฟิสิกส์ไลเดน Ilse Kuijf และ Erik Baalbergen ร่วมกันทำงานในโครงการนี้ Baalbergen อธิบายว่า “เราพัฒนาเทคนิคที่สามารถแยกแยะฟอตอนหนึ่ง ฟอตอนสอง และฟอตอนสาม (หรือมากกว่า) ได้” ตามคำกล่าวของนักฟิสิกส์คนนี้ วิธีการใหม่ยังแสดงให้เห็นถึงความแม่นยำในการนับฟอตอนแต่ละตัว “นี่ดูเหมือนจะเป็นความก้าวหน้าที่เล็กน้อย แต่จริงๆ แล้วเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญอย่างมาก” เขาชี้ให้เห็น “แน่นอนว่า ตรวจจับของเรายังต้องการการพัฒนาเพิ่มเติม แต่ตามเส้นทางที่เรากำลังดำเนินการอยู่ เราจะสามารถทำได้”

การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ของคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบออพติคัล

โครงการนี้ยังเกี่ยวข้องกับนักศึกษาปริญญาเอกด้านฟิสิกส์ทฤษฎี Ilse Kuijf และนักศึกษาปริญญาโท Lars Seldenthuis นักวิทยาศาสตร์ไม่เพียงแต่วิเคราะห์ความกว้างของสัญญาณ แต่ยังศึกษาการเปลี่ยนแปลงของแต่ละสัญญาณตามเวลา ซึ่งทำให้การนับฟอตอนแม่นยำยิ่งขึ้นโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์เชื่อว่าเทคโนโลยีนี้สามารถสนับสนุนคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบออพติคัลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งสามารถจัดการกับปัญหาการคำนวณที่คอมพิวเตอร์ทั่วไปยังคงมีความยากลำบากในการแก้ไข การประยุกต์ใช้งานอื่นๆ ที่เป็นไปได้ ได้แก่ การศึกษาปฏิกิริยาเคมีและการพัฒนามอลีคุลและวัสดุใหม่

Baalbergen กล่าวว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบออพติคัลมีข้อได้เปรียบ เนื่องจากส่วนประกอบส่วนใหญ่ทำงานที่อุณหภูมิห้อง “ดังนั้น เราจึงไม่จำเป็นต้องมีระบบทำความเย็นขนาดใหญ่เพื่อลดอุณหภูมิให้ใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์” เขากล่าว “สิ่งนี้ช่วยประหยัดเงินและเวลาได้มาก” อย่างไรก็ตาม ตรวจจับนาโนสาย超導ยังคงต้องการอุณหภูมิที่ต่ำมาก Baalbergen ยังได้ร่วมมือกับบริษัท QuiX Quantum ในประเทศเนเธอร์แลนด์ ซึ่งบริษัทนี้จะเปิดตัวต้นแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบออพติคัลตัวแรกในช่วงฤดูร้อนปี 2026 เขาคาดว่าตรวจจับการนับฟอตอนที่คล้ายกันจะถูกใช้ในระบบในอนาคตของบริษัทนี้

“ด้วยตรวจจับนี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะสามารถทำการคำนวณด้วยความแม่นยำที่สูงขึ้น” Baalbergen สรุปในข่าวประชาสัมพันธ์

ผลกระทบของเทคโนโลยีใหม่ต่อการคำนวณควอนตัม

การพัฒนาตรวจจับแสง超導นี้เป็นการก้าวหน้าที่สำคัญในสาขาการคำนวณควอนตัม เมื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้รับความสนใจมากขึ้น ความสามารถในการระบุฟอตอนหลายตัวได้อย่างแม่นยำจะช่วยเพิ่มความสามารถในการคำนวณและความแม่นยำอย่างมาก ข้อดีของคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบออพติคัลอยู่ที่ส่วนประกอบของมันสามารถทำงานที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งไม่เพียงแต่ลดต้นทุนการดำเนินงาน แต่ยังทำให้การนำเทคโนโลยีไปใช้เป็นไปได้มากขึ้น นอกจากนี้ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้มีความหลากหลาย ตั้งแต่การวิจัยทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานไปจนถึงการใช้งานจริง มีศักยภาพที่จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญในด้านความสามารถในการคำนวณในอนาคต