ผู้ใช้:Samnosphere/ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์

กระบวนการ Spontaneous parametric down-conversion สามารถแยกกลุ่มโฟตอน (photon) เป็นคู่โฟตอนชนิด II ด้วยการทำ mutually perpendicular polarization

ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ (อังกฤษ : Quantum Entanglement) เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกิดขึ้นเมื่อคู่หรือกลุ่มของอนุภาค (particles) ได้ถูกสร้างหรือทำปฏิกิริยาในเชิงของสถานะควอนตัม (quantum state) สถานะควอนตัมของแต่ละอนุภาคไม่สามารถอธิบายได้ว่าจะเป็นไปโดยอิสระจากอนุภาคอื่นๆ แม้ว่าอนุภาคเหล่านั้นจะถูกแยกออกในระยะห่างที่มาก ดังนั้นสถานะควอนตัมจำเป็นต้องอธิบายเป็นลักษณะของทั้งระบบ

การวัดคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น ตำแหน่ง โมเมนตัม การหมุน และเชิงขั้ว (polarization) จะถูกทำบนกลุ่มอนุภาคพัวพัน (entangled particles) ซึ่งจะถูกพบโดยคาดคะเนว่ามีความเกี่ยวเนื่องกัน ยกตัวอย่างเช่น ถ้าคู่ของอนุภาคถูกสร้างขึ้นโดยผลรวมการหมุนทั้งหมดเท่ากับศูนย์ และอนุภาคหนึ่งถูบพบว่ามีการหมุนตามเข็นนาฬิกาบนแกนหนึ่งๆ การหมุนของอีกอนุภาคบนแกนนั้นจะถูกพบว่าหมุนไปทางทวนเข็มนาฬิกา ซึ่งคาดคะเนว่าอนุภาคเหล่านี้มีความพัวพัน (entanglement) อย่างไรก็ตามพฤติกรรมนี้ยังให้ผลที่ขัดแย้งกัน (paradoxical effects) การวัดคุณสมบัติของอนุภาคหนึ่งๆ สามารถสังเกตได้จากพฤติการของอนุภาคนั้น (เช่น โดยการลดจำนวนของสถานะ superposed state) และจะเปลี่ยนสถานะควอนตัมเริ่มต้นโดยจำนวนที่ไม่ระบุแน่ชัด และในกรณีของอนุภาคพัวพัน การวัดจะวางอยู่บนระบบพัวพัน (entangled system) ทั้งระบบ เป็นผลให้การวัดคุณสมบัติของอนุภาคหนึ่งของคู่อนุภาคพัวพันจะทำให้รู้ถึงคุณสมบัติของอีกอนุภาคหนึ่งได้ ถึงแม้ว่าจะไม่มีข้อมูลว่าอนุภาคเหล่านี้มีการสื่อสารกันได้อย่างไร โดยที่เวลาในการวัดอาจถูกแยกโดยระยะทางที่มากอย่างไม่มีกฎเกณฑ์

ปรากฏการณ์เหล่านี้ได้มีการถูกบันทึกในงานวิจัยปี 1935 ของกลุ่ม Albert Einstein, Boris Podolsky และ Nathan Rosen และงานวิจัยอีกหลายฉบับของ Erwin Schrödinger ไม่นานหลังจากนั้น อธิบายถึงการเป็นที่รู้จักของกลุ่ม EPR paradox โดย Einstein และคนอื่นๆ ได้ทำการศึกษาพฤติกรรมที่เป็นไปไม่ได้ (impossible) ซึ่งเป็นการขัดกับแนวคิดแบบดั้งเดิม (local realist) โดยสิ้นเชิง (Einstein กำลังอ้างถึงการกระทำของสิ่งลี้ลับ) และแย้งว่าสมการของกลศาสตร์ควอนตัม (quantum mechanics) ที่เป็นที่ยอมรับอยู่แล้วยังไม่เสร็จสิ้น อย่างไรก็ตามหลังจากนั้นสมมติฐาน (counter-intuitive prediction) เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมได้รับการตรวจสอบทางห้องปฏิบัติการไปแล้ว การทดลองเกิดขึ้นโดยอาศัยการวัดเชิงมุม (polarization) หรือการหมุนของอนุภาคพัวพันในทิศทางต่างกันไป โดยสวนทางกับทฤษฎีบทของเบลล์ (Bell's inequality) การทดลองแสดงให้เห็นเป็นเชิงสถิติว่าความรู้แบบเดิมนั้นไม่มีความถูกต้อง แม้ว่าการวัดจะเร็วกว่าแสงที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่ที่ทำการวัดก็ตาม ไม่มีอิทธิพลที่ความเร็วแสง (light speed) หรือช้ากว่าใดๆ ที่จะสามารถวิ่งผ่านระหว่างอนุภาคพัวพันนี้ได้ การทดลองไม่นานมานี้ได้ทำการวัดอนุภาคพัวพันที่เวลาน้อยกว่า 10000 เปอร์เซ็นต์ของเวลาที่แสงเคลื่อนที่ระหว่างอนุภาคกลุ่มนั้น เมื่ออ้างถึงทฤษฎีควอนตัมที่เป็นทางการ ผลจากการทดลองเกิดขึ้นอย่างเฉียบพลัน ซึ่งเป็นไม่มีความเป็นไปได้ อย่างไรก็ตามเราสามารถใช้ผลการทดลองนี้ในการส่งข้อมูลที่มีความเร็วเหนือแสง (faster-than-light speeds) ได้ (ดูหัวข้อ Faster-than-light § Quantum mechanics)

ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ถือเป็นหัวข้อที่เหล่านักฟิสิกส์ทำการศึกษาวิจัยกันอย่างเข้มข้น ผลลัพธ์ถูกแสดงในรูปการทดลองด้วยโฟตอน (photon), นิวทริโนส (neutrinos), อิเล็กตรอน (electron), โมเลกุลของบักกี้บอลส์ (buckyballs) หรือแม้กระทั่งเพชรขนาดเล็ก งานวิจัยยังให้ความสนใจในการประยุกต์ใช้ในวงการสื่อสารและคอมพิวเตอร์อีกด้วย

ประวัติความเป็นมา

พาดหัวข่าวหนังสือพิมพ์ New York Times ในวันที่ 4 เมษายน 1935 กล่าวถึงการมาของงานวิจัยของกลุ่ม EPR

สมมติฐานของกลศาสตร์ควอนตัมเกี่ยวกับระบบที่มีความสัมพันธ์อย่างมากถูกนำมาอภิปรายโดย Albert Einstein ในปี 1935 ในงานวิจัยร่วมกับ Boris Podolsky และ Nathan Rosen ในการวิจัยนั้นพวกเขาได้ก่อตั้งแนวคิด EPR paradox (Einstein, Podolsky, Rosen paradox) ที่พยายามแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมยังไม่เสร็จสิ้นสมบูรณ์ พวกเขาเขียนไว้ว่า "We are thus forced to conclude that the quantum-mechanical description of physical reality given by wave functions is not complete."

อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่ได้ให้นิยามของคำว่าความพัวพัน (entanglement) และไม่ได้ระบุคุณสมบัติพิเศษของสถานะที่ถูกพิจารณา สืบเนื่องจากงานวิจัยของ EPR, Erwin Schrödinger ได้เขียนจดหมาย (เป็นภาษาเยอรมัน) ถึง Einstein ว่าเขาใช้คำว่า Verschränkung (แปลโดยเขาเองว่า entanglement) "to describe the correlations between two particles that interact and then separate, as in the EPR experiment." หลังจากนั้นไม่นาน Erwin ได้ออกเอกสารสัมนาเกี่ยวกับการนิยามและการอภิปรายแนวคิดในเทอมของ "entanglement" ในเอกสารระบุว่าเขาตระหนักถึงความสำคัญของแนวคิด (concept) และสถานะ (stated) "I would not call [entanglement] one but rather the characteristic trait of quantum mechanics, the one that enforces its entire departure from classical lines of thought."

เช่นเดียวกับ Einstein, Schrödinger ดูไม่พึงพอใจในแนวคิดของการพัวพัน (entanglement) นี้เท่าไหร่นัก เนื่องจากเป็นแนวคิดที่ขัดกับหลักการความเร็วแสงในการส่งข้อมูลที่ได้รับการพิสูจน์ในทฤษฎีสัมพันธภาพ (theory of relativity) โดย Einstein ได้ติดมุกอันโด่งดังว่าทฤษฎีการพัวพันนั้นเป็นเหมือน "spukhafte Fernwirkung" หรือ "การกระทำของสื่งลี้ลับ"

งานวิจัยของ EPR ก่อให้เกิดความสนใจท่ามกลางกลุ่มนักฟิสิกส์อย่างมาก สร้างแรงบันดาลใจในการถกเถียงเกี่ยวกับแนวคิดพื้นฐานของกลศาสตร์ตวอนตัม (เด่นชัดสุดคือทฤษฎี Bohm's interpretation) กระนั้นก็ไม่ได้ก่อให้เกิดการวิจัยที่เกี่ยวข้องมากนัก ท่ามกลางกระแสความสนใจ จุดอ่อนในข้อโต้แย้งของ EPR ที่ยังไม่ถูกเปิดเผยได้ถูกค้นพบในปี 1964 เมื่อ John Stewart Bell ได้ทำการพิสูจน์ให้เห็นว่าหนึ่งในสมมติฐานหลักของพวกเขา ทฤษฎีทางตำแหน่ง (principle of locality) ซึ่งรองรับหลักตัวแปรที่ไม่เปิดเผยในทฤษฎีของ EPR นั้นเข้ากันไม่ได้กับสมมติฐานของทฤษฎีควอนตัมในทางคณิตศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Bell ได้แสดงให้เห็นว่าระดับสูงสุดของทฤษฎีควอนตัม (ดูได้ใน Bell's inequality) อ้างถึงจุดแข็งของความสัมพันธ์ที่สามารถสร้างได้ในหลายๆ ทฤษฎีตามแนวคิดแบบเดิม (local realism) และยังแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีควอนตัมได้ทำนายข้อขัดแย้งของข้อจำกัดนี้ในระบบพัวพันที่มีมีความแน่นอน

อ้างอิง

[[หมวดหมู่:กลศาสตร์ควอนตัม]] [[หมวดหมู่:ปัญหาทางฟิสิกส์ที่ยังแก้ไม่ได้]]