นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดทำลายสถิติการพันกันควอนตัมที่ 10 วินาที ช่วยพัฒนาความก้าวหน้าของเครือข่ายคอมพิวเตอร์ควอนตัม

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดได้พัฒนาเครือข่ายควอนตัมโดยใช้อะตอมสองชนิดที่แตกต่างกันคือ สตรอนเทียม (Strontium) และแคลเซียม (Calcium) และทำลายสถิติระยะเวลาการพันกันที่ยาวนานถึง 10 วินาที ความสำเร็จนี้ได้ปูทางสู่ระยะเวลาการพันกันที่ยาวนานขึ้นระหว่างอะตอม ซึ่งมีความสำคัญต่อการพัฒนาเครือข่ายคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบกระจาย หนึ่งในความก้าวหน้าที่มีแนวโน้มมากที่สุดในฟิสิกส์ควอนตัมคือการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ควอนตัมบิต (qubits) ในการเก็บและประมวลผลข้อมูล แตกต่างจากบิตแบบดั้งเดิมที่สามารถเก็บค่าได้เพียง 0 หรือ 1 ควอนตัมบิตสามารถเก็บค่าหลายค่าในช่วงระหว่าง 0 และ 1 ได้ในเวลาเดียวกัน และใช้ในการประมวลผลข้อมูลได้พร้อมกัน

ดังนั้น ควอนตัมบิตจึงมีความสามารถในการจัดการกับข้อมูลจำนวนมากได้อย่างก้าวกระโดด ซึ่งอาจช่วยแก้ปัญหาที่แม้แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในปัจจุบันก็ต้องใช้เวลาหลายสิบปีในการแก้ไข คอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงถูกมองว่าเป็นแนวหน้าของการคำนวณในอนาคต

ความสำคัญของการพันกันควอนตัม

อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบที่สำคัญในการขยายขีดความสามารถของคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือการพันกัน การพันกันมีความสำคัญอย่างไร? แม้ว่าควอนตัมบิตจะสามารถเก็บค่าหลายค่าได้ในเวลาเดียวกัน แต่ความสามารถที่แท้จริงของมันอยู่ที่การเชื่อมต่อกับควอนตัมบิตอื่น ๆ ซึ่งทำให้สามารถสำรวจความสัมพันธ์จำนวนมากได้พร้อมกัน สิ่งนี้สามารถทำได้ก็ต่อเมื่อควอนตัมบิตหนึ่งพันกันกับอีกควอนตัมบิตหนึ่ง ซึ่งสถานะของหนึ่งจะกำหนดสถานะของอีกหนึ่ง แม้ว่าพวกมันอาจจะไม่ได้เชื่อมต่อกันทางกายภาพ การพันกันยังช่วยในการสร้างเกตตรรกะควอนตัมหลายตัว ทำให้ควอนตัมบิตสามารถมีปฏิสัมพันธ์กันได้อย่างมีพลศาสตร์มากกว่าหน่วยมาตรฐาน เนื่องจากหน่วยมาตรฐานมักจะมีความเป็นอิสระมากกว่า

นอกจากนี้ยังช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถจัดการกับโครงสร้างข้อมูลที่ซับซ้อนมากขึ้นในการคำนวณ แก้ปัญหาที่ซับซ้อนที่สุดในโลกได้ บทบาทที่สำคัญที่สุดคือการพันกันช่วยให้การส่งข้อมูลควอนตัมและการประมวลผลควอนตัมที่แตกต่างกันสามารถแชร์ข้อมูลได้โดยไม่ต้องแบ่งปันควอนตัมบิตจริง ซึ่งช่วยส่งเสริมการสร้างโครงสร้างพื้นฐานควอนตัมแบบกระจาย ซึ่งจะช่วยสร้างความสามารถในการคำนวณควอนตัมในระดับใหญ่

วิธีการทดลองของมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด

การวิจัยของมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดจะช่วยพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตได้อย่างไร? ในการทดลอง นักวิจัยจากออกซ์ฟอร์ดได้ใช้อะตอมสตรอนเทียมและแคลเซียม และวางพวกมันไว้ในตำแหน่งที่แตกต่างกัน สายแสงเชื่อมต่ออะตอมสตรอนเทียม แต่ทีมวิจัยได้ใช้การดำเนินการในท้องถิ่นเพื่อขยายการพันกันควอนตัมไปยังอะตอมแคลเซียม สร้างสถานะควอนตัมที่แชร์ซึ่งเกี่ยวข้องกับอะตอมทั้งสี่ นักวิจัยเลือกใช้แคลเซียมเนื่องจากมีความไวต่อเสียงแม่เหล็กต่ำกว่าสตรอนเทียม และสามารถใช้ในการเก็บสถานะควอนตัมได้นานขึ้น นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด Dougal Main กล่าวในข่าวประชาสัมพันธ์ว่า "อะตอมประเภทต่าง ๆ มีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกันสำหรับการใช้งานควอนตัม

การมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีหลายชนิดของอะตอมจะช่วยให้คุณสามารถดึงคุณสมบัติที่ดีที่สุดของแต่ละอะตอมออกมาได้"

นักวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของการใช้อะตอมที่แตกต่างกัน โดยการรักษาการพันกันควอนตัมไว้ที่ 10 วินาที ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้ชุดอะตอมเดียวกันที่สามารถทำได้เพียงไม่กี่มิลลิวินาที นักวิจัย Gabriel Araneda จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดกล่าวในข่าวประชาสัมพันธ์ว่า "สิ่งนี้อาจช่วยให้เครือข่ายควอนตัมในอนาคตสามารถทำภารกิจที่ต้องการการแชร์และรักษาสถานะควอนตัมเดียวกันระหว่างอะตอมที่อยู่ห่างไกลหลายตัวได้" ซึ่งอาจรวมถึงการคำนวณควอนตัม การวัดที่ละเอียดอ่อนที่ทำในระยะทางไกล และการเปรียบเทียบระหว่างนาฬิกาควอนตัมประเภทต่าง ๆ

นักวิจัยได้เผยแพร่การค้นพบเหล่านี้ในวารสาร Physical Review Letters

ศักยภาพในอนาคตของคอมพิวเตอร์ควอนตัม

การวิจัยของมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการพันกันควอนตัมในคอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบกระจาย โดยการใช้ชนิดอะตอมที่แตกต่างกัน นักวิจัยสามารถขยายระยะเวลาการพันกัน ซึ่งมีความสำคัญต่อการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมในอนาคต คุณสมบัติของควอนตัมบิตทำให้มันมีข้อได้เปรียบในการจัดการข้อมูลที่ซับซ้อน และสามารถแก้ปัญหาที่การคำนวณแบบดั้งเดิมไม่สามารถทำได้อย่างง่ายดาย ความก้าวหน้าเหล่านี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความสามารถในการใช้งานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่ยังอาจส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการสื่อสารและการวัดควอนตัม ซึ่งจะขยายขอบเขตการใช้งานของเทคโนโลยีควอนตัมต่อไป