นักฟิสิกส์ควอนตัมเฉลิมฉลองเมื่อเดือนตุลาคมที่คณะกรรมการโนเบลได้รับรางวัล รอคอยมานาน รางวัลฟิสิกส์สำหรับ Alain Aspect, John Clauser และ Anton Zeilinger สำหรับการบุกเบิก การวิจัยเกี่ยวกับการพัวพันควอนตัม. แต่แน่นอนว่าชุมชนไม่ได้หยุดนิ่งอยู่กับที่ และด้วยการพัฒนาที่น่าตื่นเต้นอื่นๆ อีกมากมายในปี 2022 จึงเป็นเรื่องยากที่จะเลือกไฮไลท์เพียงบางส่วน อย่างไรก็ตาม นี่คือผลลัพธ์บางส่วนที่โดดเด่นสำหรับเราในด้านการตรวจจับควอนตัม ข้อมูลควอนตัม คอมพิวเตอร์ควอนตัม การเข้ารหัสควอนตัม และวิทยาศาสตร์ควอนตัมพื้นฐาน
ในกลศาสตร์ควอนตัม หลักการของการแบ่งพื้นที่ระบุว่าอนุภาคควอนตัมสามารถอยู่ในหลาย ๆ ที่พร้อมกันได้ ในขณะเดียวกันหลักการของการพัวพันระบุว่าอนุภาคควอนตัมมีประสบการณ์การเชื่อมต่อที่ช่วยให้เงื่อนไขของอนุภาคหนึ่งสามารถกำหนดสถานะของอนุภาคอื่นได้แม้ในระยะทางที่กว้างใหญ่ ในเดือนพฤศจิกายน นักฟิสิกส์ที่ JILA ในโคโลราโด สหรัฐอเมริกา ใช้การผสมผสานระหว่างสิ่งกีดขวางและการแยกส่วนเพื่อยับยั้งสัญญาณรบกวนที่ก่อนหน้านี้ทำให้ไม่สามารถรับรู้ความเร่งที่ต่ำกว่าขีดจำกัดควอนตัมที่เรียกว่า ขีดจำกัดนี้กำหนดโดยเสียงควอนตัมของอนุภาคแต่ละตัว และเป็นข้อจำกัดที่สำคัญในด้านความแม่นยำของเซ็นเซอร์ควอนตัมมาช้านาน การเอาชนะมันจึงเป็นก้าวสำคัญ
การส่งข้อมูลควอนตัมจากโหนดหนึ่งในเครือข่ายไปยังอีกโหนดหนึ่งนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย หากคุณเข้ารหัสข้อมูลในโฟตอนซึ่งส่งลงมาตามใยแก้วนำแสง การสูญเสียในไฟเบอร์จะกินความเที่ยงตรงของสัญญาณจนหมดไปจนไม่สามารถอ่านได้ หากคุณใช้การพัวพันควอนตัมเพื่อเทเลพอร์ตข้อมูลโดยตรงแทน แสดงว่าคุณแนะนำกระบวนการอื่นที่อนิจจายังลดทอนสัญญาณด้วย การเพิ่มโหนดที่สามในเครือข่าย ในฐานะนักฟิสิกส์ที่ QuTech ในเนเธอร์แลนด์ ทำในปี 2021ทำให้งานยากขึ้นเท่านั้น นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงน่าประทับใจมากที่นักวิจัยของ QuTech ติดตามความสำเร็จก่อนหน้านี้ด้วยการเคลื่อนย้ายข้อมูลควอนตัมจากผู้ส่ง (Alice) ไปยังผู้รับ (Charlie) ผ่านโหนดกลาง (Bob) แม้ว่าความเที่ยงตรงของการส่งสัญญาณของอลิซ-บ็อบ-ชาร์ลีจะอยู่ที่ 71% เท่านั้น ซึ่งสูงกว่าขีดจำกัดเดิมที่ 2/3 และการบรรลุผลดังกล่าวทำให้นักวิจัยต้องผสมผสานและเพิ่มประสิทธิภาพการทดลองที่ท้าทายหลายอย่าง โหนด Dave, Edna และ Fred จะเข้าร่วมเครือข่ายในปี 2023 หรือไม่ เราจะเห็น!
ในกรณีที่ไม่ชัดเจนจากไฮไลท์สองรายการแรกในรายการนี้ สัญญาณรบกวนเป็นปัญหาใหญ่ในวิทยาศาสตร์ควอนตัม สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับการคำนวณเช่นเดียวกับการตรวจจับและการสื่อสาร ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกิดจากสัญญาณรบกวนจึงมีความสำคัญมาก นักฟิสิกส์ทำ ความก้าวหน้าหลายอย่าง ในหน้านี้ในปี 2022 แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดคือเดือนพฤษภาคม เมื่อนักวิจัยจาก University of Innsbruck ประเทศออสเตรีย และ RWTH Aachen University ในเยอรมนี ได้สาธิตชุดปฏิบัติการควอนตัมที่ทนทานต่อความผิดพลาดเป็นครั้งแรก คอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบดักจับไอออนของพวกเขาใช้คิวบิตเชิงกายภาพเจ็ดตัวเพื่อสร้างแต่ละคิวบิตแบบโลจิคัล บวกกับคิวบิต "ตั้งค่าสถานะ" เพื่อส่งสัญญาณว่ามีข้อผิดพลาดที่เป็นอันตรายในระบบ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือเวอร์ชันแก้ไขข้อผิดพลาดของระบบทำงานได้ดีกว่าเวอร์ชันที่ไม่ได้แก้ไขซึ่งง่ายกว่า ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของเทคนิคนี้
ความปลอดภัยของข้อมูลคือ USP ของการเข้ารหัสแบบควอนตัม แต่ข้อมูลจะปลอดภัยเท่ากับลิงก์ที่อ่อนแอที่สุดในห่วงโซ่เท่านั้น ในการแจกจ่ายคีย์ควอนตัม (QKD) ลิงก์หนึ่งที่อาจอ่อนแอคืออุปกรณ์ที่ใช้ในการส่งและรับคีย์ ซึ่งเสี่ยงต่อการแฮ็กทั่วไป (เช่น ใครบางคนเจาะเข้าไปในโหนดและยุ่งเกี่ยวกับระบบ) แม้ว่าตัวคีย์เองจะปลอดภัย พวกควอนตัม ทางเลือกหนึ่งคือการใช้ QKD ที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ (DIQKD) ซึ่งใช้การวัดความไม่เท่าเทียมกันของเบลล์ในคู่โฟตอนเพื่อยืนยันว่ากระบวนการสร้างคีย์ไม่ได้เหลวไหล ในเดือนกรกฎาคม นักวิจัยอิสระสองกลุ่มได้สาธิตการทดลอง DIQKD เป็นครั้งแรก ในกรณีหนึ่งโดยสร้างคู่ Bell ที่พันกัน 1.5 ล้านคู่ในระยะเวลาแปดชั่วโมง และใช้เพื่อสร้างคีย์ที่ใช้ร่วมกันที่มีความยาว 95 บิต แม้ว่าอัตราการสร้างคีย์จะต้องสูงกว่านี้เพื่อให้ DIQKD ใช้งานได้จริงกับเครือข่ายที่เข้ารหัสในโลกแห่งความเป็นจริง การพิสูจน์หลักการนั้นน่าทึ่งมาก
อนุภาคพัวพันอื่นๆ ในรายการไฮไลต์นี้เหมือนกันทั้งหมด: โฟตอนที่พันกันกับโฟตอนอื่นๆ ไอออนกับไอออนอื่นๆ อะตอมกับอะตอมอื่นๆ แต่ไม่มีสิ่งใดในทฤษฎีควอนตัมที่ต้องการความสมมาตรแบบนี้ และเทคโนโลยีควอนตัมประเภท "ไฮบริด" ที่เกิดขึ้นใหม่ต้องอาศัยการผสมสิ่งต่างๆ เข้าด้วยกัน ป้อนนักวิจัยนำโดย อาร์มิน เฟสต์ ของสถาบันมักซ์พลังค์สำหรับวิทยาศาสตร์สหสาขาวิชาชีพในเยอรมนี ซึ่งแสดงให้เห็นในเดือนสิงหาคมว่าพวกเขาสามารถพันอิเล็กตรอนและโฟตอนโดยใช้ไมโครเรโซเนเตอร์แบบออปติคอลรูปวงแหวนและลำแสงของอิเล็กตรอนพลังงานสูงที่ผ่านวงแหวนด้วยเส้นสัมผัส เทคนิคนี้มีการประยุกต์ใช้สำหรับกระบวนการควอนตัมที่เรียกว่า "การประกาศ" ซึ่งการตรวจจับอนุภาคหนึ่งในคู่ที่พันกันบ่งชี้ว่าอนุภาคอื่นพร้อมใช้งานในวงจรควอนตัม ซึ่งเป็นตัวอย่างที่ดีของความก้าวหน้าขั้นพื้นฐานในปัจจุบันที่ขับเคลื่อนนวัตกรรมในอนาคต
ถุงคว้าของความแปลกประหลาดควอนตัม
สุดท้ายตามประเพณี (เราทำเสร็จแล้ว สองครั้งดังนั้นจึงเป็นประเพณี) ไม่มีรายการไฮไลท์ควอนตัมใดที่สมบูรณ์หากปราศจากการพยักหน้าให้กับทุกสิ่งที่แปลกประหลาดและเหลือเชื่อในสนาม เรามาฟังความคิดเห็นของนักวิจัยสหรัฐฯ ที่ใช้โปรเซสเซอร์ควอนตัมกัน จำลองการเคลื่อนย้ายข้อมูลผ่านรูหนอนในอวกาศ-เวลา; กลุ่มในอิตาลีและฝรั่งเศสที่วางตัวเลขยากบน การจำแนกไม่ได้ของโฟตอนที่แยกไม่ออก; ทีมงานระหว่างประเทศที่ใช้การละเมิดควอนตัมของสาเหตุคลาสสิกเพื่อ เข้าใจธรรมชาติของเหตุและผลได้ดีขึ้น; และนักฟิสิกส์ผู้กล้าหาญคู่หนึ่งแห่งมหาวิทยาลัยเอดินบะระ สหราชอาณาจักร ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสัญญาณควอนตัมจะเป็นวิธีที่ดีสำหรับ มนุษย์ต่างดาวที่ก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเพื่อสร้างการติดต่อ ในระยะทางระหว่างดวงดาว ขอบคุณที่รักษาความแปลกของควอนตัม!
