หลักความไม่แน่นอนไฮเซนเบิร์กไม่ทำลายได้ นักฟิสิกส์พบช่องโหว่

ในโลกของฟิสิกส์ ปัญญาเก่าแก่บางอย่างอาจดูเรียบง่ายจนน่าขบขัน เช่น ความคิดที่ว่าอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ยิ่งดีสำหรับการสังเกตการณ์ที่ซับซ้อน แต่มีกฎอีกข้อที่นักวิจัยมักมองข้ามโดยไม่รู้ตัว แม้จะมีอัตราความสำเร็จที่น่าประทับใจ: เมื่อกฎนั้นไม่สามารถทำลายได้ ก็อย่าพยายามต่อสู้ แต่ให้หาทางอ้อมแทน

หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กไม่สามารถทำลายได้ นักฟิสิกส์พบช่องโหว่

ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances วันนี้ นักฟิสิกส์ได้ทำเช่นนั้น พวกเขาค้นพบวิธีเลี่ยงหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ซึ่งเป็นกฎสำคัญที่กำหนดความลึกลับของอนุภาคควอนตัม เพื่อเข้าถึง “โซนโกลดิล็อกส์” สำหรับความไม่แน่นอนที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ดึงข้อมูลที่เกี่ยวข้องที่สุดจากระบบควอนตัม วิธีการปฏิบัติจริงนี้จะเป็นประโยชน์อย่างมากต่อความก้าวหน้าอนาคตในด้านการตรวจจับควอนตัมสำหรับการนำทาง การแพทย์ หรือดาราศาสตร์ ตามที่นักวิจัยระบุ

“เราจริงจังกับแนวคิดการย้ายความไม่แน่นอนไปรอบๆ” คริสโตเฟอร์ วาลาฮู ผู้เขียนนำและนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยซิดนีย์ในออสเตรเลีย บอกกับ Gizmodo ระหว่างการสนทนาทางวิดีโอ

หากอนุภาคอยู่บนไม้บรรทัด วิธีใหม่นี้จะไม่วัดตำแหน่งหรือโมเมนตัมที่แน่นอนของมัน วาลาฮูอธิบาย แต่จะวัดบางอย่างที่เรียกว่าตำแหน่งและโมเมนตัมแบบโมดูลาร์ ซึ่งเป็น “ตัวแปรที่แตกต่างแต่ให้ข้อมูลประเภทเดียวกันมาก” เขากล่าว

เข้าใจหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กกับช่องโหว่ที่ค้นพบ

หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ซึ่งถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ชื่อเดียวกันในปี 1927 กำหนดว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดทั้งสองตัวชี้วัดนี้—ตำแหน่งและโมเมนตัม—อย่างแม่นยำในเวลาเดียวกัน กล่าวโดยย่อ มีการแลกเปลี่ยนระหว่างสองอย่างนี้ที่เกิดขึ้นเป็นพฤติกรรมพื้นฐานของการวัดในกลศาสตร์ควอนตัม

วิธีใหม่นี้本质的に “กระจายความไม่แน่นอนในลักษณะที่เป็นประโยชน์ต่อเรา” วาลาฮูกล่าว มันเสียสละข้อมูล “ระดับใหญ่ ระดับโลก”—ตำแหน่งและโมเมนตัมจริงของอนุภาค—เพื่อภาพที่ชัดเจนกว่าของการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ ในตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาค ข้อมูลหลังนี้จะเกี่ยวข้องมากกว่าสำหรับการตรวจจับควอนตัม ซึ่งขึ้นอยู่กับกฎกลศาสตร์ควอนตัมในการตรวจจับและติดตามสัญญาณเล็กๆ

เพื่อตรวจสอบแนวคิดนี้ ทีมงานได้ร่วมมือกับผู้เชี่ยวชาญคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อพัฒนาโปรโตคอลตามแนวทางของพวกเขาและอ้างอิงจาก บทความปี 2017 ที่เสนอ戦略คล้ายกัน ในที่สุด นักวิจัยได้พัฒนา “ระบบควอนตัมที่ออกแบบ” โดยได้แรงบันดาลใจจากทั้งการตรวจจับควอนตัมและคอมพิวเตอร์ควอนตัม ตามที่วาลาฮูระบุ

“คอมพิวเตอร์ควอนตัมและการตรวจจับควอนตัมคือสองด้านของเหรียญเดียวกัน” วาลาฮูกล่าว “ด้านหนึ่งพยายามกำจัด噪音 อีกด้านพยายามวัด噪音หรือสัญญาณ ในทางทฤษฎี ยิ่งวัดสัญญาณได้ดีเท่าไหร่ ก็ยิ่งแก้ไข噪音ได้ดีขึ้น ดังนั้นพวกเขาจึงทำงานร่วมกันบ่อยๆ”

โดยเฉพาะ พวกเขาต้องการดูว่าการตรวจจับใหม่นี้สามารถช่วยแยกสัญญาณเล็กๆ ท่ามกลาง噪音ที่ก่อให้เกิดข้อผิดพลาดในคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้หรือไม่ อย่างยินดี พวกเขาวัดตำแหน่งและโมเมนตัมแบบโมดูลาร์ของไอออนที่ถูกขังในคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้สำเร็จ

“นี่เป็นวิธีมองการตรวจจับควอนตัมที่แตกต่างอย่างพื้นฐาน—ใช้โค้ดแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมแบบดั้งเดิมสำหรับการตรวจจับควอนตัม” วาลาฮูกล่าว “เราคิดว่านี่เป็นเทคโนโลยีที่ช่วยเปิดทาง [ซึ่งอาจ] สร้างเทคโนโลยีเมโทรโลยีเพิ่มเติม [และเปลี่ยน] วิธีที่เราทำการตรวจจับปัจจุบัน โดย “เทคโนโลยีเมโทรโลยี” วาลาฮูหมายถึงการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการวัดและเครื่องมือต่างๆ ที่ใช้ในการวัดที่แม่นยำ”

วรรณกรรมเกี่ยวกับเทคโนโลยีควอนตัมกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว นี่เป็นช่วงเวลาที่ดีในการสำรวจว่าสาขาต่างๆ สามารถรวมกันเพื่อสร้างโซลูชันนวัตกรรมได้อย่างไร วาลาฮูกล่าว โอกาสมากมายกำลังปรากฏ และยากที่จะโฟกัสที่อันเดียว—แต่ไม่มีข้อสงสัยว่าเรากำลังอยู่ในยุคที่น่าตื่นเต้นสำหรับทุกสิ่งที่เกี่ยวกับควอนตัม

หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กไม่สามารถทำลายได้ แต่การค้นพบช่องโหว่นี้แสดงให้เห็นว่าการคิดนอกกรอบสามารถนำไปสู่ความก้าวหน้าที่น่าทึ่งได้ หากคุณสนใจฟิสิกส์ควอนตัม ลองติดตามพัฒนาการล่าสุดเพื่อไม่พลาดโอกาสในการเรียนรู้เพิ่มเติม

ที่มา – Heisenberg’s Uncertainty Principle Is Unbreakable. These Physicists Found a LoopholeA simple yet intuitive approach to tracking tiny, quantum mechanical particles could inform the next breakthrough in quantum technology.