ใครก็ตามที่คุ้นเคยกับกลศาสตร์ควอนตัมรู้ดีว่าการวัดผลบังคับให้ระบบควอนตัมเข้าสู่สถานะคลาสสิกที่แน่นอน แต่การวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่าการวัดบางอย่างไม่ได้ทำลายข้อมูลควอนตัมทั้งหมดในกระบวนการ นอกจากนี้ยังเผยให้เห็นว่าการวัดไม่ได้เกิดขึ้นทันที แต่จะค่อยๆ แปลงสถานะการทับซ้อนเป็นสถานะคลาสสิกแทน แนวคิดที่ว่าการทับซ้อนทั้งหมดถูกทำลายเมื่อมีการวัดเป็นสมมติฐานพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมตามที่ John von Neumann และคนอื่นๆ
กำหนดในช่วงทศวรรษที่ 1930 อย่างไรก็ตาม
สองทศวรรษต่อมา Gerhart Lüders ได้ตั้งทฤษฎีว่าการวัด “ในอุดมคติ” บางอย่างควรยุบการซ้อนทับของรัฐเฉพาะที่กำลังถูกตรวจสอบเท่านั้น โดยปล่อยให้ส่วนอื่นๆ ไม่เสียหาย ด้วยวิธีนี้ เขาโต้แย้ง ชุดของการวัดดังกล่าวควรรักษาการเชื่อมโยงกันของควอนตัมในงานล่าสุดMarkus Hennrichและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยสตอกโฮล์ม ประเทศสวีเดน ร่วมกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยซีเกนในเยอรมนีและเซบียาในสเปน ได้ทำการตรวจวัด
ในอุดมคติที่เกี่ยวข้องกับสตรอนเทียมไอออนตัวเดียว ตามที่รายงานในPhysical Review Lettersพวกเขาเริ่มต้นด้วยการใช้เลเซอร์เพื่อวางไอออนในตำแหน่งทับซ้อนของสองสถานะ (จากสามสถานะที่เป็นไปได้) โดยแต่ละสถานะจะสอดคล้องกับระดับพลังงานที่แตกต่างกันของอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของไอออน จากนั้นพวกเขาใช้พัลส์สั้นๆ จากเลเซอร์อีกตัวเพื่อกระตุ้นไอออนจากสถานะใดสถานะหนึ่งจากสามสถานะเท่านั้น ทำให้เกิดการเรืองแสง ซึ่งเป็นการวัดในอุดมคติตามเกณฑ์ของลูเดอร์
การตรวจจับทางอ้อมในการวัดนี้ โฟตอนเดี่ยวจะถูกปล่อยออกมาในทิศทางแบบสุ่ม ทำให้ยากต่อการตรวจจับโดยตรง แต่ Hennrich และเพื่อนร่วมงานได้ดำเนินการสิ่งที่เรียกว่ากระบวนการเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แทน สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการใช้พัลส์เลเซอร์ที่เผยให้เห็นถึงการรวมกันที่เป็นไปได้ของสถานะการทับซ้อน ไม่ว่าการซ้อนทับจะถูกทำลายหรือรักษาไว้
ทำซ้ำขั้นตอนนี้หลายครั้ง นักวิจัยพบว่าการกระตุ้น
และการปล่อยมลพิษทำลาย superpositions ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับสถานะที่ถูกตรวจสอบ อย่างไรก็ตาม การทับซ้อนอื่นๆ ยังคงไม่บุบสลาย จากข้อมูลของ Hennrich สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าเขาและเพื่อนร่วมงานของเขาได้ดำเนินการวัดในอุดมคติแล้ว ยิ่งไปกว่านั้น ความจริงที่ว่าพวกมันไม่จำเป็นต้องตรวจจับโฟตอนที่ปล่อยออกมา แสดงให้เห็นว่ากระบวนการวัดไม่ได้ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของผู้สังเกตการณ์ “มันเกิดขึ้นแล้วเนื่องจากโฟตอนเรืองแสงหนึ่งตัวถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม” เขากล่าว
การวัดที่อ่อนแอ
จากนั้นกลุ่มได้ศึกษาพลวัตของกระบวนการวัดโดยเปลี่ยนพลังของเลเซอร์ที่ใช้ในการกระตุ้นไอออน แนวคิดคือการลดพลังงานเพื่อไม่ให้ไอออนรับประกันการเรืองแสงอีกต่อไป แทนที่จะทำเช่นนั้นเพียงเศษเสี้ยวของเวลา เนื่องจากการเรืองแสงเป็นไปได้น้อยกว่าที่พลังงานที่ต่ำกว่า Hennrich อธิบายว่าการวัดที่อ่อนแอหรือไม่สมบูรณ์เหล่านี้จะเทียบเท่ากับขั้นตอนกลางในกระบวนการวัด – กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ “ภาพรวม” ของกระบวนการนั้น
โดยการทำเอกซเรย์ในระดับพลังงานที่แตกต่างกันเหล่านี้ Hennrich และเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการวัดทำให้การซ้อนทับค่อยๆ ยุบลง (แม้ว่ากระบวนการทั้งหมดจะสิ้นสุดลงในเวลาประมาณหนึ่งในล้านของวินาที) พวกเขาพบว่าระดับของการซ้อนทับกันระหว่างสถานะต่างๆ ของไอออนนั้นตรงกับที่คาดการณ์โดยแบบจำลองของลูเดอร์ส 94% ของเวลาทั้งหมด
สรรเสริญความอ่อนแอ
การพิสูจน์ว่าลูเดอร์ถูกต้องเกี่ยวกับการวัดในอุดมคติจะไม่แปลกใจสำหรับนักฟิสิกส์คนอื่นๆ Hennrich กล่าว อันที่จริง เขาชี้ให้เห็นว่าในปี 2559 Arkady Fedorovและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ ประเทศออสเตรเลีย แสดงให้เห็นว่าการวัดในอุดมคติสามารถทำได้ใน qubit ตัวนำยิ่งยวดสามระดับที่วางในช่องไมโครเวฟ แต่เขาเสริมว่าระบบนั้นค่อนข้างประดิษฐ์ “สิ่งที่เราได้แสดงให้เห็นคือคุณสามารถตระหนักถึงกระบวนการของลูเดอร์ผ่านการวัดตามธรรมชาติ” เขากล่าว
Fedorov ยกย่องนักวิจัยชาวยุโรปที่ดำเนินการ “การใช้งานทางกายภาพที่ดี” ของการวัดควอนตัมโดยชี้ให้เห็นว่าไม่เหมือนกับกลุ่มของเขาที่พวกเขาศึกษาทั้งเวอร์ชันที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ แต่เขารู้สึกว่าความแตกต่างระหว่างกระบวนการทางธรรมชาติและกระบวนการประดิษฐ์นั้นไม่สำคัญนัก หากมีสิ่งใด เขาคิดว่าการใช้ระบบเทียมมีความต้องการมากกว่าเนื่องจากจำเป็นต้อง “สร้างระบบการปกครองเฉพาะ” ทางเลือกเขากล่าวว่า “เป็นเรื่องของรสนิยม”
แก้ไขข้อผิดพลาด
สำหรับการใช้งานที่เป็นไปได้ Hennrich กล่าวว่างานล่าสุดอาจถูกใช้เพื่อปรับปรุงการแก้ไขข้อผิดพลาดในคอมพิวเตอร์ควอนตัมเนื่องจากการวัดที่อ่อนแอโดยหลักการแล้วอาจอนุญาตให้ตรวจพบข้อผิดพลาดในสถานะควอนตัมโดยไม่ทำลายสถานะเหล่านั้นในกระบวนการ
นักวิจัยยังต้องการตรวจสอบความเป็นไปได้ของการวัดในอุดมคติที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งกระบวนการวัดจะส่งผลต่อสถานะต่างๆ มากกว่าแค่สถานะเดียว “กระบวนการดังกล่าวมีอยู่เป็นกระบวนการทางธรรมชาติและสามารถนำไปปฏิบัติได้ด้วยความถูกต้องเทียบเท่ากับการทดลองของเราหรือไม่เป็นคำถามที่เปิดกว้าง” พวกเขาเขียน
“ประการแรก เทคโนโลยี MPI ยังอยู่ในขั้นพรีคลินิก” ชางกล่าว “ประการที่สอง การสอบสวนของเรายังไม่ครบกำหนดสำหรับการใช้งานทางคลินิก และยังจำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสม เราวางแผนที่จะดำเนินการศึกษาทางพิษวิทยาที่ครอบคลุมมากขึ้นสำหรับโพรบของเราในขั้นต่อไป”
การพิสูจน์ว่าลูเดอร์ถูกต้องเกี่ยวกับการวัดในอุดมคติจะไม่แปลกใจสำหรับนักฟิสิกส์คนอื่นๆ Hennrich กล่าว อันที่จริง เขาชี้ให้เห็นว่าในปี 2559 Arkady Fedorovและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ ประเทศออสเตรเลีย แสดงให้เห็นว่าการวัดในอุดมคติสามารถทำได้ใน qubit ตัวนำยิ่งยวดสามระดับที่วางในช่องไมโครเวฟ แต่เขาเสริมว่าระบบนั้นค่อนข้างประดิษฐ์ “สิ่งที่เราได้แสดงให้เห็นคือคุณสามารถตระหนักถึงกระบวนการของลูเดอร์ผ่านการวัดตามธรรมชาติ” เขากล่าว
Fedorov ยกย่องนักวิจัยชาวยุโรปที่ดำเนินการ “การใช้งานทางกายภาพที่ดี” ของการวัดควอนตัมโดยชี้ให้เห็นว่าไม่เหมือนกับกลุ่มของเขาที่พวกเขาศึกษาทั้งเวอร์ชันที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ แต่เขารู้สึกว่าความแตกต่างระหว่างกระบวนการทางธรรมชาติและกระบวนการประดิษฐ์นั้นไม่สำคัญนัก หากมีสิ่งใด เขาคิดว่าการใช้ระบบเทียมมีความต้องการมากกว่าเนื่องจากจำเป็นต้อง “สร้างระบบการปกครองเฉพาะ” ทางเลือกเขากล่าวว่า “เป็นเรื่องของรสนิยม”
Credit : watcheslaw.net watjes.net watsonjewelry.net wickersleypartnershiptrust.org
