ทฤษฎีความพัวพัน ปัญหาโลกควอนตัม กับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ 2022

ผลรางวัลโนเบลวันที่สองของปี ค.ศ. 2022 ได้ประกาศอย่างเป็นทางการแล้ว โดยวันที่ 4 ตุลาคม เป็นการประกาศผลรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ซึ่งในปีนี้มอบให้แก่นักวิทยาศาสตร์สามท่าน ได้แก่ นักวิจัยชาวฝรั่งเศส อเลน อัสแปต์ นักวิจัยชาวอเมริกัน จอห์น เอฟ เคลาเซอร์ และนักวิจัยชาวออสเตรีย อันทวน ไซลิงเงอร์ โดยทั้งสามคนได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานการทดลองเพื่ออธิบายปรากฎการณ์จากความพัวพันเชิงควอนตัม (Quantum Entanglement) ที่หักล้างบางทฤษฎีในอดีต และส่งเสริมการพัฒนาองค์ความรู้ยุคใหม่ในโลกควอนตัม ซึ่งเป็นจุดกำเนิดให้กับเทคโนโลยีสารสนเทศเชิงควอนตัมมากมาย เช่น ควอนตัมคอมพิวเตอร์ และในวันนี้ เรื่องราวของโลกควอนตัมที่ดูเข้าใจยากมากเหลือเกิน เราจะมาอธิบายให้คุณรู้สึกว่าเข้าใจมันมากขึ้น ถ้าพร้อมแล้ว ไปดูกัน

ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี ค.ศ. 2022 เรียงจากซ้ายไปขวาคือ อเลน อัสแปต์, จอห์น เอฟ เคลาเซอร์, และอันทวน ไซลิงเกอร์

ความเข้าใจคลาดเคลื่อนเกี่ยวกับเรื่องควอนตัม

ก่อนจะเข้าสู่โลกของ Quantum Entanglement เรามาทำความเข้าใจคำว่า ควอนตัม หรือ Quantum กันก่อน เนื่องจากในยุคปัจจุบันมีการพูดถึงและเชื่อมโยงคำนี้ไปหลากหลายด้านจนหลาย ๆ คนเข้าใจว่านี่คือที่สุดของวิทยาการมนุษย์ แต่จริง ๆ แล้วคำว่าควอนตัมมีที่มาจากทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งใช้ในการอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่อยู่ในระดับเล็กมาก ๆ ประมาณระดับของอะตอมและโมเลกุล ซึ่งมีขนาดอยู่ที่ระดับ 0.1 นาโนเมตร ความน่าสนใจคือคุณสมบัติของอนุภาคในระดับสเกลนี้ช่างแตกต่างกับความเข้าใจตามสามัญสำนึกของมนุษย์เราที่อยู่ในระดับตั้งแต่มิลลิเมตรไปจนถึงหลายร้อยหลายพันกิโลเมตร ปกติเราสามารถแยกคลื่นกับอนุภาคออกจากกันได้อย่างชัดเจน เช่น เสียงที่เราได้ยินคือคลื่นที่ถูกส่งมาในอากาศ ตัวคลื่นไม่ได้เป็นอนุภาคจริง ๆ แต่พลังงานถูกส่งผ่านจากการสั่นของตัวกลางซึ่งก็คือโมเลกุลอากาศ จากแหล่งกำเนิดเข้าสู่หูของเรา

แต่ในสเกลของควอนตัม อนุภาคที่เล็กจิ๋วมาก ๆ อย่างเช่น อิเล็กตรอนมีคุณสมบัติของทั้งคลื่นและอนุภาคขึ้นกับว่าเรากำลังจะวัดมันในการทดลองใด ซึ่งกลศาสตร์ควอนตัมประสบความสำเร็จในการอธิบายปรากฎการณ์นี้ นอกจากนี้กลศาสตร์ควอนตัมได้ถูกพัฒนาภายใต้แนวคิดหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ที่อธิบายสถานะของอนุภาคในระดับควอนตัมด้วยหลักความน่าจะเป็น อีกทั้งยังกล่าวอีกว่าหากเราวัดตำแหน่งได้แม่นยำเราจะสูญเสียความสามารถในการวัดโมเมนตัม (มวลคูณความเร็ว) ไปโดยสิ้นเชิง หรือกลับกันก็เช่นกัน ซึ่งหลักการนี้ถูกนำไปใช้ตีความผิดในเชิงศาสนาเนื่องจากมีคำที่เหมือนกัน และด้วยคุณสมบัติของอนุภาคในระดับควอนตัมที่เป็นทั้งคลื่นและอนุภาคที่ถูกอธิบายด้วยหลักการความน่าจะเป็นนี้เองนำไปสู่เรื่อง Superposition หรือการที่ระบบทางควอนตัมสามารถมีสถานะอยู่ได้หลากหลายสถานะในเวลาเดียวกันก่อนที่จะยุบเหลือแค่อันเดียวผ่านการตรวจวัด ฟังผิวเผินไม่น่าจะมีปัญหาอะไร แต่หากพิจารณาดีๆ มันขัดกับสามัญสำนึกมนุษย์ยกตัวอย่างง่ายๆ คือ หากวันนี้คือวันที่เกรดเราจะออก แล้วเรายังไม่ตรวจสอบเกรด นั่นหมายความว่าเกรดของเรามีความเป็นไปได้ตั้งแต่ A+ ถึง F แต่การที่เราคลิกเข้าไปดูเกรดเราแล้วพบว่าได้ A+ นั่นคือธรรมชาติเลือกที่จะแสดงผลอันนี้มาให้ในขณะที่จักรวาลคู่ขนานอาจจะได้ผลเป็น B หรือ F ก็เป็นได้ และอีกเหตุการณ์นึงที่อยากหยิบยกมานั่นก็คือ ความสามารถในการ tunneling ของอนุภาคในระดับควอนตัม กล่าวคือ ปกติหากเราสามารถกระโดดได้สูงสุดถึงแค่ 2.5 เมตร แล้วเราติดอยู่ในบ่อสูง 3.0 เมตร เราจะต้องรอความช่วยเหลือส่งมายังเรา แต่ไม่ใช่ในอนุภาคในระดับเล็กมากๆ เพราะถึงแม้จะมีพลังงานต่ำกว่าบ่อศักย์ที่กักขังเรายังสามารถเห็นมันเล็กลอดออกมาได้แม้จะมีความน่าจะเป็นต่ำมากๆ ก็ตาม ทั้งหมดที่เขียนมาในย่อหน้านี้หลายท่านอาจจะตามกันไม่ทัน แต่เราต้องการให้เห็นความแปลกและสดใหม่ที่เราเจอในกลศาสตร์ควอตัม และต่อไปเราจะเขียนบทความด้านควอนตัมที่เป็นมิตรกับผู้อ่านมากกว่านี้ออกมาในภายหลังนะครับ

โดยหลักการของควอนตัมเหล่านี้ได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีปัจจุบันเป็นที่เรียบร้อย ไม่ว่าจะเป็นในมือถือ คอมพิวเตอร์ รถยนต์ หรือสิ่งที่เรียกว่าอุปกรณ์อิเล็กโทรนิคทั้งหลาย เพียงแต่เราไม่ได้เรียกว่า มือถือควอนตัม โทรศัพท์ควอนตัม หรือ คอมพิวเตอร์ควอนตัม เอ๊ะ แล้วที่เค้าเรียกว่า quantum computer มันคืออะไร ในเมื่อ computer คือเทคโนโลยีที่บรรจุกลศาสตร์ควอนตัมแล้วนี่ คำตอบก็คือ quantum entanglement ซึ่งเป็นอะไร เรามาดูกันได้ต่อจากนี้ครับ

อธิบาย Quantum Entanglement ในภาษามนุษย์

If you think you understand quantum mechanics, you don’t understand quantum mechanics.
Richard P. Feynman

ริชาร์ด ไฟน์แมน นักฟิสิกส์ชื่อดัง และยังเป็นเจ้าของรางวัลโนเบลในปี ค.ศ. 1965 ด้วยเรื่องราวการศึกษาควอนตัมเช่นเดียวกันกับรางวัลโนเบลในปีนี้ เขาเคยกล่าวไว้ว่า “ถ้าคุณคิดว่าตัวเองเข้าใจกลศาสตร์ควอนตัมดีแล้วละก็ แปลว่าคุณไม่ได้เข้าใจกลศาสตร์ควอนตัมเลย” เพราะโลกของควอนตัมเป็นอะไรที่เข้าใจได้ยากมาก มันช่างแตกต่างกับโลกใบที่เราอาศัยและมองเห็นอยู่ ธรรมชาติทุกอย่างมันประหลาดไปหมด วิทยาศาสตร์จึงมีความจำเป็นต้องมองแยกระหว่างโลกของเราที่อธิบายได้ด้วยกลศาสตร์นิวตัน ออกจากโลกของควอนตัมและอธิบายมันด้วยกลศาสตร์ควอนตัมแทน

ริชาร์ด ไฟน์แมน เคยกล่าวไว้ว่า ถ้าคุณคิดว่าตัวเองเข้าใจกลศาสตร์ควอนตัมดีแล้วละก็ แปลว่าคุณไม่ได้เข้าใจกลศาสตร์ควอนตัมเลย
ที่มา AZQUOTES

หนึ่งเรื่องที่น่าปวดหัวในความประหลาดของกลศาสตร์ควอนตัม คือคุณสมบัติของสิ่งเล็ก ๆ ในโลกควอนตัมซึ่งประพฤติตัวเป็นคลื่นและอนุภาคในเวลาเดียวกัน รวมถึงยังมีเรื่องสถานะทางควอนตัมหลาย ๆ สถานะในเวลาเดียวกัน โดยมันจะปรากฎเป็นสถานะสุดท้ายเมื่อเราตรวจวัดเท่านั้น เหมือนกับว่าเราบังคับให้มันเป็นอย่างใดอย่างหนึ่งให้เราเห็น

Quantum Entanglement หรือความพัวพันเชิงควอนตัม เป็นปรากฎการณ์ประหลาดที่อธิบายให้เห็นภาพได้ว่า ปรากฎการณ์ความพัวพันของควอนตัมอธิบายให้เห็นภาพได้ว่า เมื่อเรานำอนุภาคสองอันมาเชื่อมสภาวะความพัวพันเชิงควอนตัมกัน ทั้งคู่มีสถานะควอนตัมที่สัมพันธ์กันกล่าวคือ หากเราสนใจระบบของคู่อิเล็กตรอนที่มีความพัวพันทางควอนตัม หากเราวัดค่า spin ตัวใดตัวหนึ่งจะมีได้ 2 ค่า คือ หากไม่เป็น spin up ก็เป็น spin down ในขณะที่คู่ของตัวแรกจะมีสถานะสลับกันคือ spin down หรือ spin up ตามลำดับ และมันจะแสดงเพียงสถานะเดียวเมื่อเราตรวจวัดมัน ทีนี้มาถึงจุดที่น่าสนใจนั่นคือ ถ้าหากเรานำอนุภาคทั้งสองที่เชื่อมกันภายใต้สภาวะพัวพันทางควอนตัมกัน ไปไว้คนละที่ซึ่งห่างกันมาก อาจจะวางไว้คนละฟากฝั่งของเอกภพนี้เลย เมื่อเราตรวจวัดอนุภาคหนึ่ง เช่น พบว่าอนุภาคฟากซ้ายสุดของเอกภพเป็น spin up สถานะของอีกอนุภาคซึ่งอยู่คนละฝั่งเอกภพจะเป็น spin down ทันที ซึ่งหากเราสร้างเทคโนโลยีที่ประยุกต์ใช้งาน quantum entanglement สำเร็จ ก็หมายความว่าเราจะมีเครื่องมือสื่อสารที่ไวกว่าความเร็วแสง? เอ๊ะ แล้วแบบนี้จะขัดกับสัจพจน์ของไอสไตน์หรือไม่เนื่องจากไม่มีอะไรเร็วกว่าความเร็วแสงในกรณีของความพัวพันทางควอนตัม

ผู้ริเริ่มแนวคิด EPR Paradox เพื่ออธิบายความพัวพันเชิงควอนตัมที่มีความขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ เกิดจากนักวิทยาศาสตร์สามคน ได้แก่ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์, บอริส โพโดลสกี้, และนาธาน โรเซน

ในเมื่อเกิดความขัดแย้งกับทฤษฎีของตนเอง ไอน์สไตน์ และพรรคพวกอีกสองคน ได้แก่ บอริส โพโดลสกี้ กับนาธาน โรเซน จึงสร้างแนวคิดใหม่ที่เรียกว่า EPR Paradox จากการนำนามสกุลของทั้งสามคนมารวมกันเป็นตัวอักษร EPR และตามท้ายด้วย Paradox ซึ่งหมายถึงความขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ โดยแนวคิด EPR Paradox นี้ได้เสนอทฤษฎีที่เรียกว่า ทฤษฎีตัวแปรซ่อนเร้น หรือ Hidden Variable Theory ที่กล่าวไว้ว่า ตอนที่อนุภาคเกิดความพัวพันกัน มันได้ถูกกำหนดไว้แล้วว่าอนุภาคไหนจะเป็น spin up และอนุภาคไหนจะเป็น spin down ซึ่งคุณสมบัตินี้ถูกซ่อนไว้ในสิ่งที่เรียกว่าตัวแปรซ่อนเร้นนั่นเอง เนื่องจากว่าไอน์สไตน์ไม่เชื่อในคุณสมบัติของควอนตัมที่สามารถเกิดสองสถานะขึ้นพร้อมกันในหนึ่งอนุภาคได้ เพราะมันดูเป็นความน่าจะเป็นมากกว่าสิ่งที่คำนวณได้แบบเป๊ะ ๆ และอีกประเด็นก็คือ ไอสไตน์เชื่อว่าไม่มีอะไรเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วแสงแม้จะเป็นข้อมูลก็เถอะ จนครั้งหนึ่งไอน์สไตน์เคยพูดไว้ว่า

Do you really believe the moon only exists when you look at it?
Albert Einstein

“คุณเชื่อจริง ๆ เหรอว่าดวงจันทร์มันอยู่ตรงนั้นเฉพาะตอนคุณมองมัน?” และไอน์สไตน์ยังไม่เชื่อในความน่าจะเป็นของธรรมชาติและบอกว่า “พระเจ้าคงไม่ทอยลูกเต๋ากับจักรวาลหรอกนะ” แต่นักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงมากที่สุดอีกคนหนึ่ง ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้บุกเบิกทฤษฎีควอนตัม นั่นคือ นีลส์ บอร์ ได้ตอบกลับความเห็นของไอน์สไตน์ไว้ว่า “ไอน์สไตน์ อย่าสั่งพระเจ้าสิว่าควรหรือไม่ควรทำอะไร” เพราะบอร์เป็นคนที่เชื่ออย่างยิ่งว่า ควอนตัมอยู่บนพื้นฐานของความน่าจะเป็น อนุภาคไม่ได้ถูกกำหนดว่าเป็น spin up หรือ spin down มันเพียงแสดงสถานะหนึ่งเมื่อถูกเราตรวจสอบเท่านั้น แต่ธรรมชาติของมันเกิดสองสถานะพร้อมกันต่างหาก โดยบอร์ได้อธิบายความพัวพันเชิงควอนตัมไว้ว่า อนุภาคสองอนุภาคที่เชื่อมสภาวะควอนตัมกัน ที่แม้มีตำแหน่งอยู่ไกลกันมากสักแค่ไหน แต่เมื่ออนุภาคหนึ่งถูกตรวจจับว่าเป็น spin up อีกอนุภาคจะเป็น spin down ทันที

และความขัดแย้งในครั้งนั้นส่งผลให้นักวิทยาศาสตร์คนอื่นต้องหาวิธีการพิสูจน์ว่าใครกันแน่คือคนที่ถูก และใครกันคือคนที่ผิด ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คนที่มารับหน้าที่นั้นคือ จอห์น สจวร์ต เบลล์ นักฟิสิกส์ชาวไอร์แลนด์เหนือ ที่ได้คิดค้นอสมการในชื่อว่า Bell inequalities ที่อธิบายว่า โดยทฤษฎีบทดังกล่าวระบุว่า หากมีตัวแปรที่ซ่อนเร้น (hidden-variable) อยู่จริง เมื่อทำการทดลองกับสองอนุภาค ค่าความเกี่ยวโยงกันของผลการทดลองจากทั้งสองฝั่ง จะไม่มีทางเกินค่าที่คำนวณได้ค่าหนึ่งได้ ซึ่งในทางกลศาสตร์ควอนตัมได้ทำนายว่าค่าความเกี่ยวโยงกันจากผลการทดลองเดียวกันนี้จะต้องมีค่าเกินกว่าอสมการเบลล์อย่างแน่นอน

เรามาลองแวะดูอสมการของเบลล์กันก่อนนะครับ สมมติว่ามี Alice และ Bob ยืนอยู่กันคนละที่ และต่างได้รับอนุภาคจาก Victor เมื่อ Alice ได้รับอนุภาคจะสามารถเลือกค่าตัวแปร $A_0$ และ $A_1$ เป็นไม่ -1 ก็ +1 เช่นเดียวกับ Bob ที่หากได้รับก็จะสามารถเลือกค่าตัวแปร $B_0$ และ $B_1$ เป็น -1 ก็ +1 ก็ได้ อาจจะเลือกผ่านการสุ่ม

$C = A_0 B_0 + A_0 B_1 + A_1 B_0 - A_1 B_1 = (A_0 + A_1) B_0 + (A_0 - A_1) B_1$

ทีนี้เรามาดูกันในแต่ละกรณีกัน ในกรณีแรกคือ

สมมติ Alice เลือก ให้ $A_0 = A_1 = +1$ ดังนั้นปริมาณ $C = +2 B_0$
สมมติ Alice เลือก ให้ $A_0 = A_1 = -1$ ดังนั้นปริมาณ $C = -2 B_0$
สมมติ Alice เลือก ให้ $A_0 = +1$ แต่ $ A_1 = -1$ ดังนั้นปริมาณ $C = +2 B_1$
สมมติ Alice เลือก ให้ $A_0 = -1$ แต่ $ A_1 = +1$ ดังนั้นปริมาณ $C = -2 B_1$

หากพิจารณาต่อเราจะได้ว่า ไม่ว่า Bob จะเลือกให้ $B_0$ และ $B_1$ เป็นค่าเท่าไหร่ก็ตาม ปริมาณ $C$ ในท้ายที่สุดจะมีอยู่ได้แค่ 2 ความเป็นไปได้คือ -2 และ +2 และเมื่อทำการทดลองซ้ำๆ แล้วนำค่า $C$ ที่ได้มาเฉลี่ยกันค่าก็ควรจะอยู่ระหว่าง -2 ถึง +2 ตามความสัมพันธ์ดังนี้

$-2 \leq \langle A_0 B_0 \rangle+ \langle A_1 B_0\rangle + \langle A_0 B_1\rangle - \langle A_1 B_1\rangle \leq 2$

โดยปริมาณ $\langle$ และ $\rangle$ หมายถึง ensemble average หรือแปลง่ายๆ ว่าการเฉลี่ยค่าในวงเล็บปีกกาจากการทำซ้ำๆ หลายรอบ ซึ่งเราพบว่าด้วยสามัญสำนึกของเรายังไงด้านซ้ายมือของสมการจะไม่มีทางถึง 2 แน่นอนถ้าหากว่าระบบไม่ได้มี entanglement ต่อกัน มันจะไม่สามารถละเมิดอสมการนี้ได้เลย แต่ถ้าหากเราบอกว่าผลจาก Alice และ Bob นั้นต่างมีความพัวพันกันหรือ entanglement เราสามารถออกแบบให้ทุกครั้งของการทดลองจะได้ค่า $C = 2$ เสมอ และนั่นคือการละเมิดอสมการนี้นั่นเอง

ด้วยความอัจฉริยภาพของ จอห์น เอฟ เคลาเซอร์ และ อเลน อัสแปต์ (ได้เข้ามาทำเพิ่มเติมให้สมบูรณ์ในทุกกรณี) พวกเขามีความพยายามในการทำการทดลองของเบลล์ขึ้นมาและพบว่า EPR paradox ไม่จริงเนื่องจากสามารถละเมิดค่าเฉลี่ย $\langle C \rangle \geq 2$ ได้นั่นเอง นั่นทำให้กลศาสตร์ควอนตัมมีชัยเหนือ EPR paradox ในศึกนี้ ที่นี้มาดูกันในรายละเอียดของทฤษฎีที่เสนอโดยแนวคิด EPR Paradox ที่ขัดกับกฎของควอนตัมในทางคณิตศาสตร์ รวมถึงการเปรียบเทียบแนวคิดดั้งเดิมของ EPR Paradox กับแนวคิดด้านความน่าจะเป็นของบอร์ในกลศาสตร์ควอนตัม หากทำการพิจารณากราฟด้านล่างที่แสดงถึงค่า correlation ของระบบที่มีความพัวพันทางควอนตัมแล้ว จะได้เส้นสีแดง (classic) ที่สอดคล้องกับ EPR paradox และ เส้นสีน้ำเงิน (quantum) ตามกลศาสตร์ควอนตัม เราพบว่าธรรมชาติเลือกที่จะประพฤติตัวตามอย่างหลังมากกว่า

ภาพกราฟเปรียบเทียบแนวคิด EPR Paradox ที่ว่าทุกสิ่งทุกอย่างมีความแน่นอน กราฟจะเป็นเส้นตรงรูปสามเหลี่ยมดังเส้นสีแดง และแนวคิดที่ว่าพื้นฐานทฤษฎีควอนตามอยู่บนความน่าจะเป็น ซึ่งจะเป็นกราฟรูปคลื่นไซน์ (sine wave) ดังเส้นสีน้ำเงิน ซึ่งผลการทดลองพบว่าความพัวพันเชิงควอนตัมมีความสอดคล้องกับกราฟเส้นสีน้ำเงินมากกว่า
ที่มา Physics Stack Exchange

แต่ศึกยังไม่จบ เพราะหากติดตามจากเพจและเว็บไซต์ของพวกเรา จะเห็นว่าเราชอบเน้นเรื่องความเร็วแสงบ่อยครั้งมาก ยังมีอีกคำถามหนึ่งที่ยังไม่ได้รับการตอบนั่นก็คือ หากความพัวพันทางควอนตัมมีจริงแล้วเรื่องการส่งข้อมูลไวกว่าแสงไม่ละเมิดทฤษฎีสัมพัทธภาพหรอกเหรอ เพื่อที่จะอธิบายสิ่งนี้ ขออธิบายสั้น ๆ ว่า ที่จริงแล้วผู้วัดได้วัดอิเล็กตรอนจากฝั่งผู้วัดเพียงอย่างเดียว ไม่ได้ไปวัดอิเล็กตรอนที่อยู่ไกลอีกซีกจักรวาล เพียงแต่ใช้การอนุมานจากความพัวพันทางควอนตัมว่าหากวัดฝั่งนี้ อีกฝั่งจะเป็นอย่างไรเท่านั้น นั่นก็เท่ากับความข้อมูลจากอีกฟากไม่ได้เดินทางเร็วกว่าความเร็วแสงมายังผู้วัดหรือผู้วัดไม่ได้เห็นหรือรับข้อมูลอีกฟากของจักรวาลโดยตรงเลย เพื่อที่จะทำให้เห็นภาพง่ายขึ้น ขอใช้ตัวอย่างเปรียบเทียบแทน สมมติว่าคืนนี้มีบอลคู่แดงเดือดแมนยู-ลิเวอร์พูล แล้วเราลืมดูแต่มาทราบข้อมูลเสี้ยวเดียวภายหลังว่าแมนยูชนะ เราไม่ต้องรอข้อมูลอีกส่วนมาบอกว่าลิเวอร์พูลแพ้ เพราะเหตุการณ์นี้มันพัวพันกันอยู่นั่นเอง ดังนั้นโดยสรุปนะครับความพัวพันทางควอนตัมยังคงไม่ละเมิดทฤษฎีสัมพัทธภาพที่ยังใช้งานอยู่ได้โดยสมบูรณ์ และด้วยความคิดเรื่องการวัดสิ่งหนึ่งทำให้รับรู้อีกสิ่งหนึ่งได้ ทำให้ อันทวน ไซลิงเกอร์ ได้ทำการประยุกต์ใช้ความพัวพันทางควอนตัมสร้างปรากฏการ์ที่เรียกว่า quatnum teleportation หรือ การเทเลพอร์ตเชิงควอนตัม ซึ่งก็คือ การโยกย้ายสถานะทางควอนตัมของอนุภาคหนึ่งไปยังอีกอนุภาคหนึ่งที่อยู่ไกลออกไป ซึ่งเราจะมาลงลึกในหัวเรื่องนี้อีกทีในบทความต่อ ๆ ไปครับ

จากทฤษฎีที่เสนอโดย จอห์น สจวร์ต เบลล์ นี้เองที่ทำให้นักฟิสิกส์ทั้งสามคน คือ อเลน อัสแปต์, จอห์น เอฟ เคลาเซอร์, และอันทวน ไซลิงเกอร์ รวมถึงทีมนักวิจัย ร่วมกันต่อยอดแนวคิดด้านความพัวพันเชิงควอนตัม และทำการทดลองภาคปฏิบัติเพื่อให้เห็นผลลัพธ์อย่างเป็นรูปธรรมมากขึ้น ทำให้เกิดความเข้าใจในธรรมชาติของควอนตัมมากยิ่งขึ้น มันจึงถูกนำไปประยุกต์ใช้กับการสร้างสรรค์เทคโนโลยียุคใหม่อีกมากมาย

พลังที่แท้จริงของควอนตัม

ถึงแม้ว่าเหรียญพลังงานควอนตัม น้ำพลังงานควอนตัม และอีกต่าง ๆ นานา ที่อาศัยคำว่าควอนตัมมาหากิน อาจจะไม่ได้มีประโยชน์จริง ๆ ในทางวิทยาศาสตร์ มิหนำซ้ำเป็นการหลอกลวงบนความไม่รู้ของคนทั่วไป แต่ก็ยังมีเทคโนโลยีอีกหลายอย่างที่นำองค์ความรู้ด้านควอนตัมมาใช้งานให้เกิดประโยชน์มากขึ้น โดยเฉพาะการวิเคราะห์ คำนวณ และส่งข้อมูล ในยุคดิจิทัลแบบนี้ จนเกิดเป็นวิทยาการสารสนเทศเชิงควอนตัม อย่างเช่น การสื่อสารผ่านดาวเทียมโดยใช้แนวคิดจาก quantum information, การเข้ารหัสข้อมูลดิจิทัลที่มีความหนาแน่นสูงด้วย qubit, รวมถึงการคำนวณสิ่งต่าง ๆ ด้วยพลังของควอนตัมคอมพิวเตอร์ ซึ่งถ้าหากใครอยากรู้เรื่องราวเกี่ยวกับควอนตัมคอมพิวเตอร์และ qubit มากกว่านี้ สามารถอ่านบทความเก่า ๆ ในเว็บไซต์ theprincipia.co ได้ หรือคลิกที่ลิงก์ต่อไปนี้เลย https://theprincipia.co/qubits/

ที่มา Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

พูดคุยกันท้ายบทความ

ก็จบไปแล้วกับบทความเรื่องรางวัลโนเบลฟิสิกส์ของปีนี้ เรียกได้ว่าเป็นหัวเรื่องที่ยากแต่น่าสนใจ พวกเราหวังเป็นอย่างยิ่งว่าจะได้สามารถถ่ายทอดเรื่องนี้ไปยังใครหลายๆ คนที่คลั่งใคล้ในฟิสิกส์ ส่งความคิดเห็นกันมาเยอะ ๆ นะครับ และถ้าหากสนใจอยากอ่านเรื่องไหนเป็นพิเศษก็บอกกล่าวกันได้ เราจะไปเขียนเรื่องนั้นมาให้อ่านกันง่าย ๆ ครับ ตกหล่นผิดพลาดตรงไหนบอกกันมาเลยนะ เราจะปรับให้ดียิ่ง ๆ ขึ้นไปครับ ถ้าชื่นชอบในบทความวิทยาศาสตร์ทำนองนี้อย่าลืมกดติดตามทั้งในเพจ Facebook ของพวกเรา และเข้ามาอ่านเนื้อหาวิทยาศาสตร์ใน The Principia ได้เรื่อย ๆ นะครับ รอดูกันว่าครั้งต่อไปจะเป็นเรื่องอะไร เจอกันครับ