การพัวพันเชิงควอนตัมก็เหมือนความรักระหว่างคนสองคน . . .
เกริ่นนำ
เนื่องจากเมื่อต้นเดือนกรกฎาคมที่ผ่านมา ได้มีงานวิจัยที่ถูกตีพิมพ์ใน nature ที่มีชื่อว่า “Entangling single atoms over 33 km telecom fibre” หรือสามารถสรุปสั้นๆ ได้ว่า “นักวิจัยสามารถทำ Entanglement ของ single atoms ได้ในระยะทางมากถึง 33 กิโลเมตร” ซึ่งเป็นสิ่งที่หากอนาคตเกิดการพัฒนาไปมากเรื่อยๆ ไม่แน่ว่าสักวันหนึ่งอาจจะเกิดการปฏิวัติวงการ network ก็เป็นได้
สามารถอ่านงานวิจัยเพิ่มเติมได้ที่: Entangling single atoms over 33 km
มาทำความรู้จัก Quantum Entanglement กัน
จากที่เกริ่นไปข้างต้น หลายคนคงสงสัยว่า Entanglement หรือ Quantum Entanglement นั้นคืออะไร ?
Quantum Entanglement หรือ การพัวพันเชิงควอนตัม “เป็นปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อคู่หรือกลุ่มของอนุภาค เกิดปฏิกิริยาในเชิงของสถานะควอนตัม (quantum state)” หรือ ถ้าให้อธิบายแบบเข้าใจได้ง่ายขึ้น(รึป่าว 😂) ก็คือ “ปรากฎการณ์ที่ Qubits ส่งผลกระทบระหว่างกัน หรือก็คือ สถานะของ Qubit อีกตัวจะขึ้นกับสถานะของ Qubit อีกตัว โดยไม่สนใจว่า Qubits นั้นอยู่ห่างกันแค่ไหนก็ตาม โดยที่เพียงเราวัดสถานะของ Qubit ตัวนึงเราก็ไม่ต้องไปวัดสถานะของ Qubit อีกตัวเลย ”
โดยที่ผ่านมา ก็มีนักวิจัยมากมายทั่วโลกที่ทำการวิจัยในเรื่องของ Quantum Entanglement ในการที่จะพิสูจน์ว่าทฤษฎีนี้สามารถเป็นจริงได้ในทางปฏิบัติ เช่น การทำลายสถิติของการทำ Quantum Entanglement กับ Qubits หลายๆตัวพร้อมกัน, การเพิ่มระยะห่างของการทำ Quantum Entanglement เป็นต้น
ความรู้เพิ่มเติม: ปรากฎการณ์ของ Quantum Entanglement ได้ถูกบันทึกลงในงานวิจัยเมื่อปี 1935 ของกลุ่มงานวิจัยนึง ที่มี Albert Einstein อยู่ในกลุ่มนั้นด้วย ที่กลุ่มวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาพฤติกรรมที่เป็นไปไม่ได้นี้ เพราะว่าเป็นการหักล้างกับความรู้แบบดั้งเดิม (local realist) โดยสิ้นเชิง
Bell states
สถานะของเบลล์ หรือ Bell state เป็นหนึ่งในสถานะที่เกิดการพัวพันเชิงควอนตัมที่มีชื่อเสียงอันหนึ่ง ซึ่ง Bell state จะมี maximally entangled quantum states ของ 2 คิวบิต อยู่ด้วยกันทั้งหมด 4 รูปแบบ ดังนี้
ที่จะทำการยกตัวอย่างของ |⏀+> จากรูปแบบของสถานะจะเห็นว่า สถานะแรกนั้นอยู่ใน สภาวะของการซ้อนทับ (superposition) ระหว่าง |00> และ |11> หรือก็คือ หากอนุภาคตัวที่ 1 มีสถานะเท่ากับ 0 ตัวที่ 2 ก็จะมีสถานะเท่ากับ 0 ด้วย ด้วยเหตุนี้เมื่อเราทำการวัดออกมาแล้วได้สถานะ |00> แสดงว่าเรารู้ว่าอนุภาคที่ 1 อยู่ในสถานะ 0 และ อนุภาคที่ 2 ก็จะอยู่ในสถานะที่ 0 ด้วย โดยที่เราไม่ต้องวัดอนุภาคตัวที่ 2 เลย 😮
การแปลง Bell states ให้กลายเป็น Quantum Circuit
เราจะทำการแปลงรูปแบบของสมการข้างต้นให้อยู่ในรูปแบบของ Quantum Circuit เพื่อที่จะนำไปใช้ในการ Computational ต่อไป
โดยจะทำการยกตัวอย่างตัวเดิมอย่าง |⏀+>
- เริ่มจากค่าทั่วไปของ Hadamard Gate และ Identity Gate
2. นำสองค่ามา Tensor Product
3. แปลงให้อยู่ในรูปแบบของ Qubit State
4. คูณด้วย CNOT Gate เพื่อแปลงให้อยู่ในรูปแบบของ Circuit State
5. ที่จะทำให้ค่าออกมาอยู่ในรูปแบบทั่วไป ดังนี้
จากขั้นตอนต่าง ๆ มีการใช้ Hadamard Gate และ CNOT Gate ในการคำนวณ ทำให้สามารถออกมาอยู่ในรูปแบบของ Quantum Circuit ได้ดังนี้
ที่จะได้ค่าที่ได้จากการวัดออกมาดังนี้
หรืออยู่ในรูปแบบของ Bloch Sphere
สรุป
จากตัวอย่างของ Bell State ที่กล่าวไปข้างต้นนั้น อาจจะทำให้ความเข้าใจในเรื่องของ Quantum Entanglement นั้นยังคลุมเครืออยู่ ไว้โอกาสหน้าผมจะมาเล่าในเรื่องของ Quantum Teleportation ที่เป็นการอธิบายหลักการของ Quantum Entanglement ได้ดีมาก
สรุปอีกรอบก็จะได้ว่า หลักการหรือคุณสมบัติของ Quantum Entanglement คือ ปรากฎการณ์ที่เมื่ออนุภาคหรือ Qubit เกิดการผัวพันกัน แล้วจะทำให้เมื่อคุณสมบติของอนุภาคตัวที่ 1 เปลี่ยนไป คุณสมบัติของอนุภาคตัวที่ 2 ก็จะเปลี่ยนแปลงตาม 🧐
ถ้าเปรียบกับความรักก็อาจจะได้ว่า คู่รักที่เหมือนเป็นคู่ชีวิตกัน มักจะมีเหตุการณ์ที่เมื่อคนใดคนหนึ่งรู้สึกแบบนึง อีกคนนึงก็จะมีความรู้สึกตาม แม้ว่าทั้งสองคนนั้นจะอยู่ห่างกันไกลแค่ไหนก็ตาม 🥰 (ไม่น่าเกี่ยวกัน 🤣)
ความรู้เพิ่มเติม: รู้หรือไม่ว่าหลักการของ Quantum Entanglement เคยมีนักวิจัยนำไปใช้ในการคิดทฤษฎีของการตกหลุมรักกันระหว่างคนสองคนด้วย ที่มีชื่อว่า Quantum Relationship
สุดท้ายนี้หากชื่นชอบโพสนี้ก็อย่าลืมแชร์และแบ่งปันความรู้ทางด้านควอนตัมต่อเนื่องให้กับคนอื่น ๆ ด้วยนะครับ ขอบคุณทุกคนที่อ่านถึงจุดนี้ครับ :)
Happy Coding & Learning Quantum 😁
