การบังคับเลี้ยวด้วยควอนตัมเป็นปรากฏการณ์แปลก ๆ ที่ไม่ใช่ในท้องถิ่นซึ่งคล้ายกับการพันกันของควอนตัม ไม่สามารถจำลองแบบได้อย่างสมบูรณ์แบบโดยการทำงานร่วมกันระหว่างระบบที่ควบคุมและระบบภายนอก ทฤษฎีบท "การไม่โคลนนิ่ง" ใหม่นี้เป็นผลมาจากผลงานของนักวิจัยในประเทศจีนที่ศึกษาสถานการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อหนึ่งในสองฝ่ายที่มีสถานะควอนตัมร่วมกันไม่เชื่อแหล่งที่มาของอนุภาคควอนตัมที่ใช้ในการสร้างสถานะนั้น นอกจากจะมีความสำคัญต่อฟิสิกส์พื้นฐานแล้ว การค้นพบนี้อาจมีผลกระทบต่อการเข้ารหัสควอนตัมและการคำนวณควอนตัม
คอมพิวเตอร์ทั่วไปจัดเก็บข้อมูลเป็น "บิต" ซึ่งมีค่า 1 หรือ 0 ในทางตรงกันข้าม คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเก็บข้อมูลไว้ในระบบควอนตัมสองระดับ เช่น สถานะโพลาไรเซชันแนวนอนและแนวตั้งของโฟตอน หรือ "หมุนตัว" และ " หมุนลง” สถานะของอิเล็กตรอน สถานะของบิตควอนตัมหรือคิวบิตเหล่านี้ไม่ได้จำกัดอยู่ที่ 0 และ 1 พวกมันยังสามารถมีอยู่ในชุดค่าผสมระดับกลางที่เรียกว่าการทับซ้อน อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถทราบสถานะที่สมบูรณ์ของระบบควอนตัมได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าการทำซ้ำคิวบิตที่สมบูรณ์แบบเป็นสิ่งต้องห้าม นี่คือสิ่งที่เรียกว่าทฤษฎีบท "ไม่มีการโคลนนิ่ง" และเป็นพื้นฐานของการเข้ารหัสควอนตัม
หลักการที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือ คิวบิตตั้งแต่สองตัวขึ้นไปสามารถพันกันได้ ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดมากกว่าที่ฟิสิกส์คลาสสิกอนุญาต เมื่อคิวบิตสองอันพันกัน การวัดสถานะของหนึ่งในนั้นจะบอกสถานะของคิวบิตโดยอัตโนมัติ ไม่ว่าพวกมันจะอยู่ห่างกันแค่ไหนก็ตาม ตัวอย่างเช่น หากคุณทราบการหมุนของอนุภาคหนึ่ง คุณสามารถระบุการหมุนของอนุภาคอีกตัวหนึ่งได้
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์พบว่าแง่มุมของการพัวพันนี้ไม่มั่นคง เพราะมันบอกเป็นนัยว่าอนุภาคที่พัวพันกันอาจส่งผลกระทบต่อสถานะของกันและกันในลักษณะที่ไม่ใช่ในท้องถิ่น ซึ่งเป็นสิ่งที่เขาเรียกว่า "การกระทำที่น่ากลัวในระยะไกล" ในบทความที่ตีพิมพ์ในปี 1935 เขาและเพื่อนร่วมงานของเขา Boris Podolsky และ Nathan Rosen โต้เถียงต่อต้านรูปแบบ nonlocality นี้ และกลายเป็นที่รู้จักในชื่อ EPR Paradox หลังจากชื่อย่อของพวกเขา อย่างไรก็ตาม การวิจัยในภายหลังแสดงให้เห็นว่าข้อโต้แย้งของพวกเขาไม่ถูกต้อง: 2022 รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ไปพบนักทดลองสามคนซึ่งต่อยอดผลงานของนักทฤษฎีผู้ล่วงลับ จอห์น สจ๊วร์ต เบลล์ ได้แสดงให้เห็นว่าความพัวพัน (และด้วยเหตุนี้ความไม่อยู่ในท้องถิ่น) จึงเป็นส่วนหนึ่งของโลกทางกายภาพของเรา
“หลักการไม่โคลนนิ่งพวงมาลัย”
ความยุ่งเหยิงของควอนตัมไม่ได้เป็นเพียงรูปแบบเดียวของความไม่อยู่ในท้องถิ่นในทฤษฎีควอนตัม อีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่าการควบคุมเชิงควอนตัม ได้รับการแนะนำครั้งแรกโดย Erwin Schrödinger เพื่อเป็นภาพรวมของ EPR Paradox ในการพัวพันกับควอนตัม ทั้งสองฝ่ายมีส่วนร่วมในธุรกรรมควอนตัม (รู้จักกันในนามอลิซและบ็อบ) ทั้งคู่เชื่อถือแหล่งที่มาของอนุภาคควอนตัมที่ใช้ในการสร้างสถานะของตน ระบบบังคับเลี้ยวแบบควอนตัมทำให้เกิดความไม่สมดุลในการตั้งค่านี้ ปัจจุบันมีเพียงแหล่งเดียวเท่านั้น (เช่น ของอลิซ) ที่น่าเชื่อถือ ซึ่งช่วยให้อลิซสามารถ "ควบคุม" สถานะของอนุภาคที่ Bob สังเกตได้ ซึ่งหมายความว่าการวัดที่เธอทำกับครึ่งหนึ่งของคู่อนุภาคที่พันกันจะส่งผลต่อสถานะของครึ่งหนึ่งของ Bob ในลักษณะที่ไม่สามารถอธิบายแบบดั้งเดิมได้
"หลักการไม่โคลนนิ่งพวงมาลัย" ที่แสดงให้เห็นในงานใหม่นี้ช่วยเพิ่มความเข้าใจของเราเกี่ยวกับรูปแบบ nonlocality นี้ “ทฤษฎีบทการไม่โคลนนิ่งดั้งเดิมระบุว่าไม่มีการดำเนินการทางกายภาพใดที่สามารถคัดลอกสถานะควอนตัมที่ไม่รู้จักได้อย่างสมบูรณ์แบบ” อธิบาย ฟู่ หลิน จางซึ่งนำทีมนักวิจัยจาก ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทียนจิน และ สถาบันเชิญคณิตศาสตร์ มหาวิทยาลัยนันไก่. “การค้นพบของเราบ่งชี้ว่าการควบคุมควอนตัมในสถานะที่ทราบไม่สามารถคัดลอกได้อย่างสมบูรณ์แบบหากสถานะนั้น 'ควอนตัมเกินไป'”
Alain Aspect, John Clauser และ Anton Zeilinger คว้ารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2022
นักวิจัยยังพบว่าความสัมพันธ์เชิงควอนตัมประเภทที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดที่เรียกว่าพวงมาลัย EPR สามารถโคลนได้บางส่วน การบังคับเลี้ยวแบบ EPR มีอยู่ในสถานะที่สามารถใช้เพื่อสาธิตการบังคับทิศทางแบบควอนตัมได้อย่างน่าเชื่อ แม้ว่าผู้สังเกตการณ์ของรัฐที่ควบคุมทิศทางจะไม่ไว้วางใจผู้วัดก็ตาม ดังนั้นจึงถือได้ว่าเป็นคุณสมบัติควอนตัมที่ "แข็งแกร่ง" มากกว่าการควบคุมควอนตัม Zhang อธิบาย “ในงานข้อมูลควอนตัมระหว่าง Alice และ Bob ที่ถูกโจมตีโดยบุคคลที่สาม 'Charlie' โดยใช้เครื่องโคลนนิ่ง ผลลัพธ์ของเรากำหนดเกณฑ์ขั้นต่ำในการควบคุม EPR ระหว่าง Alice และ Bob เพื่อไม่รวมการควบคุม EPR ระหว่าง Alice และ Charlie” เขากล่าว โลกฟิสิกส์.
“การไม่โคลนนิ่งของการควบคุมควอนตัมเป็นผลมาจากการซ้อนทับของควอนตัม เช่นเดียวกับทฤษฎีบทการไม่โคลนนิ่งและการไม่ไปดั้งเดิม” เขากล่าวเสริม “และการพิสูจน์ของเราอยู่บนพื้นฐานของสิ่งที่เรียกว่าทฤษฎีบทไม่ออกอากาศ ซึ่งก็คือ ระบบไม่มีการโคลนนิ่งแบบขยายของสถานะ 'ผสม' (ในระบบคอมโพสิต)”
ขณะนี้นักวิจัยกำลังตรวจสอบว่าระดับของ "ควอนตัม" ส่งผลต่อทฤษฎีบทอื่น ๆ ที่ไม่ต้องดำเนินการอย่างไร “เรากำลังศึกษาโปรโตคอลในการแบ่งปันข้อมูลนอกพื้นที่และข้อมูลควอนตัมประเภทอื่นๆ ในหมู่ผู้สังเกตการณ์หลายคนภายใต้กรอบของการโคลนควอนตัม” Zhang เผย “หัวข้อการแบ่งปันข้อมูลที่ไม่ใช่ท้องถิ่นและข้อมูลดังกล่าวถือเป็นพื้นฐานในวิทยาศาสตร์สารสนเทศควอนตัม”
รายละเอียดงานใน อักษรจีนฟิสิกส์.
