วันนี้นึกมุกเก่าได้ล่ะ....อยู่ที่officeเป็นคนปกติ อยู่ในBDเป็นคนบ้า...ผมจะพามาป่วนกับบทความทีนำคุณไปสู่ "ความรัก" ในโลกของควอนตัม..
หัวข้อที่ผมกำลังพูดถึงในวันนี้คือควอนตัม
ซึ่งผมจะนำ "ของเล่น" ซึ่งมีหลักการเดียวกันมาเสนอ
แม่เหล็กนี่เป็นวัตถุรูปวงแหวน พื้นผิวไม่มีอะไรพิเศษเกี่ยวกับวัตถุรูปวงแหวนนี้อันที่จริงมันติดตั้งด้วยขดลวดตัวนำยิ่งยวด โดยปกติเราไม่สามารถใช้วงแหวนนี้ในการรับสนามแม่เหล็กโดยไม่ต้องสัมผัสการผลักดันจากแม่เหล็ก แต่ถ้าคุณพึ่งพาความช่วยเหลือของไนโตรเจนเหลวคุณสามารถดำเนินการ การทดลองนี้ได้
เราเป่าวงแหวนนี้ด้วยไนโตรเจนเหลว
เพื่อให้เย็นลง
เอาล่ะทุกคนจะได้เห็นแล้วว่าตอนนี้แม่เหล็กถูกยกขึ้นและอยู่นิ่งอย่างสมบูรณ์
เราต้องการความพยายามอย่างมากในการกดมันลงมา และนี่คือผลกระทบเชิงควอนตัม
การทดลองควอนตัมนี้ทำได้ง่ายในชีวิตจริง แต่ผมไม่แนะนำให้เล่นกับแม่เหล็กดังกล่าวที่บ้านเพราะพลังงานของพวกมันมีขนาดใหญ่และรุนแรงมาก หากคุณตั้งใจจะตัดมือหรือตัวคุณออกเป็น 2 ท่อน ลองหาอุปกรณ์และลงมือทดลองดูก็ได้ครับ...แฮร์
การทดลองที่ทำนี่ เป็นชุดรูปแบบที่ผมต้องการแชร์ในวันนี้คือ "ความรักในควอนตัม" ตอนนั้นทุกคนที่เป็นนักเรียนมัธยมต้นและไม่อาจไม่ตกหลุมรักใครคนหนึ่งไม่ได้(หึๆๆ) แต่ความรักควอนตัมนั้นแตกต่างกันเรามาพูดกันว่าความรักควอนตัมคืออะไรและเราจะตกหลุมรักควอนตัมกันได้ยังไง???
กับชุดการทดลองรูปแบบที่สอง....
มาที่การเรียงสับเปลี่ยนและการรวมกันของอิเล็กตรอน
เมื่อพูดถึงควอนตัม...จะหาควอนตัมได้อย่างไร???
ในความเป็นจริงตราบใดที่ดวงตาของคุณแข็งแรงและมองภาพได้ชัดเจนพอ
ให้คุณค้นหาอณุภาคอะตอม...
หลังจากที่ลอกอะตอมออกจะมีนิวเคลียสที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ แน่นอนอิเล็กตรอนต้องหมุนรอบนิวเคลียส
มีอิเล็กตรอนในอะตอมและอิเล็กตรอนนั่นเองเป็นควอนตัม
และนิวเคลียสก็ประกอบด้วยควอนตัมหลายตัว
เรามักจะพูดว่าอิเล็กตรอนเป็นควอนตัม
ดังนั้นถ้าคุณสามารถปรับเปลี่ยนอิเล็กตรอนได้
คุณสามารถจัดการกับปรากฏการณ์ควอนตัมได้มากมาย
ทำไมอิเล็กตรอนเป็นควอนตัม?
อิเล็กตรอนไม่เพียงแต่มีประจุลบ
แต่ยังทำหน้าที่เหมือนเข็มแม่เหล็กขนาดเล็ก
มีปรากฏการณ์แม่เหล็กมากมายในชีวิต
เนื่องจากการจัดเรียงของอิเล็กตรอนอย่างเป็นระเบียบ
การเรียงตัวของอิเล็กตรอนนั้นมีอยู่สองสถานะคือ
หนึ่งหงายขึ้นและหันลง
ซึ่งเรียกว่าหมุนในทางฟิสิกส์
คุณไม่รู้หรอกว่ามันกำลังหงายหน้าขึ้นหรือลง
ซึ่งข้อตกลงนั้นสุ่มมาก..ซึ่งคุณไม่จำเป็นต้องรู้
เหมือนคำสอนเรื่องใบโพธิ์ในฝ่ามือของพระสัมมาสัมพุทธเจ้า(คือให้เรารู้ในเรื่องที่พระองค์ทรงโพกัสเท่านั้น คือมรรค8เพื่อออกจากทุกข์ เรื่องอวิชาอภินิหารต่างๆเราไม่จำเป็นต้องรู้)
หลายคนคิดว่าอิเล็กตรอนมีลักษณะเหมือนลูกบอล
ในความเป็นจริงอนุภาคไม่ได้มีลักษณะเหมือนลูกบอล
มีเพียงอะตอมไฮโดรเจนเท่านั้น
ที่เหมือนลูกบอล
รูปร่างของอนุภาคนั้นยุ่งเหยิง เช่น
เป็นรูปดัมเบล ,ลูกพลัมและอื่น ๆ
ถ้าคุณใส่อิเล็กตรอนเหล่านี้ในอะตอมเดียวกัน
คุณรู้ไหมว่ามันจะถูกจัดเรียงอย่างไร?
มันจะถูกจัดเรียงเป็นก้อน!!!
โครงสร้างก้อนอะไรในชีวิตประจำวันของเรา?
เกลือครับ!!! ใช่เกลือ
แล้วอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในลำดับของอะตอมอย่างไร
ใช่แล้วอิเล็กตรอนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างตั้งใจในเวลานี้
เพราะจะพบกับอุปสรรคต่าง ๆ
นั่นคือความต้านทาน
ที่เรามักพูดกันในชีวิตประจำวัน
เรามาลองทำการเปรียบเทียบกัน
ให้อิเล็กตรอนวิ่งบนถนนที่มีความเร็วสูงมันพบกับ "ตู้ดูดพลังงาน" ที่หลากหลาย
หากอิเล็กตรอนต้องหยุดจ่าย
พลังงานก็จะหายไป..
และความเร็วของการเคลื่อนที่จะช้าลง
ดังนั้นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เมื่อถูกขัดขวางในระดับหนึ่ง
สิ่งนี้เรียกว่าการต่อต้าน...
และดูเหมือนว่าตัวนำใดๆก็จะมีความต้านทาน
ดังนั้นจะมีวิธีใดหนอ.. ในการลบความต้านทานนี้
ตอนนี้เราใช้ไนโตรเจนเหลวในการทดลอง
หน้าที่หลักของไนโตรเจนเหลว
คือทำให้ตัวนำเย็นลง
ในความเป็นจริงนักวิทยาศาสตร์ได้
"คาดเดา"ความต้านทานที่เกี่ยวข้องหลายอย่างต่อไปนี้..เป็นสามตัวอย่าง...
การคาดเดา....ครั้งแรกทำโดยเคลวิน
เขาเชื่อว่าหลังจากที่อุณหภูมิลดลงอิเล็กตรอนจะถูกแช่แข็งและความต้านทานของมันจะเพิ่มขึ้น....คาดเดานี้ฟังดูสมเหตุสมผล
การเดาที่.....สองทำโดย Matheson
เขาเชื่อว่าความต้านทานจะลดลง เมื่ออุณหภูมิลดลง แต่มีส่วนหนึ่งของความต้านทานที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้และแม้ว่าอุณหภูมิจะถึงจุดศูนย์สัมบูรณ์ที่แน่นอน... แต่ความต้านทานยังคงมีอยู่...
การเดาครั้งที่....สามทำโดย Dewar
เขาเชื่อว่าหากอุณหภูมิวัสดุสมบูรณ์แบบแล้ว
ในกรณีที่เป็นศูนย์สัมบูรณ์ความต้านทานของวัสดุนี้จะมีค่าเป็นศูนย์
ต่อมามีการค้นพบว่า
ไม่มีการเดาข้อใดถูกต้อง(555)
วัสดุตัวนำยิ่งยวดที่ใช้ในการทดลองเพิ่งพิสูจน์ว่า
หลังจากอุณหภูมิลดลงสมบูรณ์ในที่แน่นอน
ความต้านทานจะลดลงถึงศูนย์
และความต้านทานจะหายไป!!!
ปรากฏการณ์การหายตัวไปของความต้านทานเรียกว่า superconductivity
Kamalin Annes
ปรากฏการณ์ทางตัวนำยิ่งยวดถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชื่อ Kamalin Annes
วัสดุตัวนำยิ่งยวดชิ้นแรกที่ค้นพบคือปรอท(Hg)
ในเวลานั้นคามาลินออนเนสลดอุณหภูมิของปรอทลงเหลือ 4.2K (ประมาณ -268.8 ° C) และวัดความต้านทานได้เกือบศูนย์
แล้ว...แนวคิดของการต่อต้านแบบศูนย์คืออะไร?
หากคุณรู้จักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
คุณสามารถสร้างวงจรอิเลคโทรนิคแล้วเพิ่มสนามแม่เหล็ก
คุณสามารถวัดกระแสเหนี่ยวนำที่สอดคล้องกัน
และคุณจะสามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก
โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของกระแสเหนี่ยวนำ
หากคุณทำการทดลองนี้ในตัวนำยิ่งยวด...
เราลองสมมติว่ากระแสหนึ่งแอมแปร์
แล้วเดาว่ากระแสจะสลายตัวเป็นศูนย์ได้นานแค่ไหน?
ประมาณ 100 พันล้านปีครับ นานกว่าอายุของจักรวาล (Wow.... )นี่คือปรากฏการณ์มหัศจรรย์ของความเป็นตัวนำยิ่งยวด
ซึ่งสามารถคงอยู่ได้นาน....
กล่าวคือเกือบจะสามารถส่งพลังงานได้โดยไม่สูญเสีย
ทำไมความต้านทานเป็นศูนย์? ผมขอให้เรากลับไปที่ ความรักควอนตัมรูปแบบเดิม
อิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะเคลื่อนที่ในอะตอมที่มีประจุบวก
ซึ่งดึงดูดหนีกลุ่มของอะตอมที่มีประจุบวก
เนื่องจากมวลของอิเล็กตรอนและอะตอมนั้นแตกต่างกันมาก
เมื่อมันดึงดูดอะตอม ในเวลานี้มีอิเล็กตรอนตัวหนึ่งมาและกลุ่มของอะตอมนี้จะปล่อยพลังงานไปยังอิเล็กตรอนที่สองอีกครั้ง
ด้วยวิธีนี้อิเล็กตรอนทั้งสองที่ไม่เกี่ยวข้องกัน
มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างล่องหน
กลายเป็นคูเปอร์อิเล็กตรอนคู่ที่เราเรียกว่า มันไม่ได้อยู่โดดเดี่ยวอีกต่อไป
เพราะพวกเขา "รักกัน"
นี่คือสิ่งที่ผมจะพูดถึงในวันนี้
กลับมาที่การไม่มีีสิ่งกีดขวางในความรัก
ในความเป็นจริงมีอิเล็กตรอนจำนวนมากในวัสดุต่างๆ... ไม่ใช่มีแค่สองอิเล็กตรอน
อิเล็กตรอนเหล่านี้อยู่ห่างกันมาก
ดังนั้นจะเกิดอะไรขึ้น หากมีการจับคู่อิเล็กตรอนของกลุ่มนี้
นั่นจะสร้างคลื่นควอนตัมขนาดใหญ่
ในช่วงวัสดุทั้งหมด
ที่อุณหภูมิต่ำพิเศษ อิเล็กตรอนคู่นี้จะมีโมเมนตัมเท่ากัน
และตรงกันข้ามดังนั้นพวกมันจึงสามารถเคลื่อนที่ในอะตอมได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง หมายความว่า....ไม่มีความต้านทาน
หากทุกคนเข้าใจยากผมจะอุปมาอุปมัยอีกครั้ง...
อิเล็กตรอนเป็นเหมือนผึ้ง
ที่มีข้อบกพร่องเพียงอย่างเดียว
คือมีปีกเพียงคู่เดียว
ผึ้งมีข้อบกพร่องที่ไม่สามารถบินด้วยตนเอง
และต้องบินเป็นกลุ่ม
ยิ่งไปกว่านั้นพวกเขาจะต้องไม่บินตามอำเภอใจ
เพื่อที่จะบินไปในทิศทางเดียวพวกเขาจะต้องกลายเป็นคู่อิเล็กตรอน
ระยะทางของคู่อิเล็กตรอนนั้นไกลมาก
แต่ตราบใดที่หนึ่งในนั้นกำลังเคลื่อนที่ไปอีกคู่หนึ่งก็จะตามมา
อะตอมถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบเช่นกัน
และอิเล็กตรอนถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบได้อย่างแท้จริง
พวกมันเหมือนกับทหารที่อยู่บนลานพาเหรด
กลุ่มทหารเข้ามาและทหารอีกกลุ่มจะสวนสนามเข้ามาอีกครั้ง
ถ้าเรารวมตัวนำยิ่งยวดสองตัวเข้าด้วยกัน
แล้วแยกพวกมันออกด้วยฉนวนตรงกลาง
อิเล็กตรอนในตัวนำยิ่งยวดซ้ายและตัวนำยิ่งยวดด้านขวา
จะไม่รู้จักซึ่งกันและกัน แต่มันก็วิ่งมารวมกัน...
คลื่นแสงนี้เราเรียกว่าการแทรกสอดแบบสองช่อง
อิเล็กตรอนทั้งสองกลุ่มจะรบกวนกันและกันซึ่งเรียกว่าการเลี้ยวเบนของ Fraunhofer
การเลี้ยวเบนของ Fraunhofer
เราเห็นว่าอิเล็กตรอนมีการกระจายออกอย่างรุนแรงและอ่อนแอในอวกาศ
หมายความว่าเราสามารถปรับให้แสงเลี้ยวได้!!!
เพียงเราต้องเปลี่ยนสนามแม่เหล็กเพียงเล็กน้อยเพื่อเปลี่ยนรูปร่าง
ในวิธีนี้เราสามารถสร้างเครื่องคำนวณควอนตัมที่มีความอ่อนไหวมากได้
อิเล็กตรอนที่ล้อมรอบเป็นวงกลม
ไม่ว่าจะเป็นในทิศทางไปข้างหน้าหรือในทิศทางตรงกันข้าม
ดังนั้นสนามแม่เหล็กที่ออกมาจะหันขึ้นและลง
ซึ่งเป็นสถานะการซ้อนของสองควอนตัม
ความรู้นี้มันทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเกิดขึ้นในเวลาต่อมา...
ขึ้นอย่าประมาทความรู้ที่ผมเพิ่งเขียนถึง
ซึ่งมันเป็นหลักการพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพียงนิดเดียว
ภาพนี้ถ่ายจากคอมพิวเตอร์ควอนตัม
หากการพัวพันของควอนตัมถูกสร้างขึ้น
การคำนวณควอนตัมก็สามารถทำได้
การคำนวณควอนตัมนั้นทรงพลัง และเร็วมาก พวกคุณรู้ไหมว่ามันเร็วแค่ไหน?
เราอาจใช้เวลา 10,000 ปีในการดำเนินการกับคลัสเตอร์คอมพิวเตอร์ที่มีขนาดใหญ่เท่ากับอาคาร แต่ใช้เวลาเพียงหนึ่งวินาที ในการดำเนินการกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม!
อย่างไรก็ตามถึงแม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะทำงานได้ดีเยี่ยม
แต่ก็สร้างได้ยากมากเช่นกัน...
มันง่ายเหมือนการรวมตัวนำยิ่งยวดทั้งสองตัวเข้าด้วยกัน แต่มันก็เป็นเรื่องยากมากที่จะรวมตัวการเหนี่ยวนำยิ่งยวดนับไม่ถ้วนเข้าด้วยกัน
นี่คือชิป 20 บิตที่ทำด้วยควอนตัมชิปสามารถคำนวณควอนตัมได้
ไม่นานมานี้ Google ประกาศว่า บริษัทได้พัฒนาโปรเซสเซอร์ควอนตัมที่ประกอบด้วยมากกว่า 50 qubits คุณอาจไม่ทราบว่าแนวคิดนี้คืออะไร????
ในอนาคตหากคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาด 50 qubits สามารถสร้างขึ้นได้จริง
มันจะเหนือกว่าคอมพิวเตอร์ปัจจุบันทั้งหมด
และตอนนั้นคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องที่อยู่ต่อหน้า
มันจะถอดรหัสรหัสผ่านทั้งหมดได้ในทันที(หึๆๆ.. รู้สึกรักมันขึ้นมาแล้วล่ะสิ... )
ซึ่งมันจะน่ากลัวมาก ลองจินตนาการว่าโลกจะเป็นอย่างไร ถ้ามีคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต
สิ่งที่น่ากลัวยิ่งกว่าคือคอมพิวเตอร์ควอนตัมนี้ คือมนุษย์ไม่ได้ประดิษฐ์ขึ้น
แต่เป็นผลงานของ AI
ผู้คนจำนวนมากกังวลว่าอนาคตจะเป็นยุคของหุ่นยนต์ที่ปกครองมนุษย์ แน่นอนว่ามันยากมาก ที่เราจะสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยมนุษย์
ดังนั้นเราจำเป็นต้องค้นหา และเข้าใจสถานะควอนตัมที่ซับซ้อนมากขึ้น
เพื่อเป็นมาตรการการป้องกันตัวจาก AI
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในการสร้างเอฟเฟกต์ยิ่งยวดอิเล็กตรอนจะต้องจับคู่
แต่ถ้าคุณเพิ่มสนามแม่เหล็กและอุณหภูมิลงในคู่ของอิเล็กตรอน คุณก็จะสามารถแยกพวกมันออกได้เท่ากับคุณหยุดการทำงานดังกล่าวลงได้และเกิดปรากฏการณ์อีกอย่างขึ้น
อิเล็กตรอนที่กระจัดกระจายสองตัวไม่ได้แบ่งออกเป็นสองอิเล็กตรอน
แต่ถูกแบ่งออกเป็นสองอนุภาคที่ต่างกัน
อนุภาคดังกล่าวเรียกว่าอนุภาค Pogryubov
อนุภาค Pogoryupov ดังกล่าวจะถูกแบ่งออก
เป็นคู่ของ fermions-Mayorana fermions
ขอย้อนกลับไปที่ประวัติของคุณ Mayorana
เขาเป็นนักฟิสิกส์ลึกลับและเขาได้หายตัวไป
หลังจากเขาหนีออกจากบ้านในวัยยี่สิบ
เขาเกิดมาพร้อมกับการคิดทางกายภาพขั้นสูง
และเขาคาดการณ์ว่ามีอนุภาคแอนติบอดีที่เป็นตัวของมันเอง และเกิดขึ้นเอง
ต่อมามีการพิสูจน์ว่าอนุภาคชนิดนี้มีอยู่จริง!!!
จึงเรียกว่า Mayorana fermion
อนุภาคแอนติบอดี
เราคิดว่าอนุภาคชนิดนี้เป็นเหมือน
"การอยู่ร่วมกันของนางฟ้าและปีศาจ"
แต่มันยากมากที่จะจัดการกับนางฟ้าและปีศาจ
ทำให้เราต้องการวัสดุที่พิเศษมาก
สำหรับวัสดุนี้เหมาะที่สุดต้องเป็นตัวนำยิ่งยวด
และมันต้องปรากฏอยู่ชั้นบนสุด
หลังจากรวมกันของนางฟ้าและปีศาจ
ทั้งสองจะผลิต fermions Mayoranaออกมา
ด้วยหลักการ Majorana fermion
นี้คืออาวุธอีกหนึ่งชิ้นที่คุณMayorana วางไว้ให้
ควอนตัมชิปจะเกิดความแตกต่างกันในการส่งถ่ายความเร็ว มันจึงได้รับการอธิบายโดยทฤษฎีโทโพโลยีนี้
และสามารถได้รับสถานะควอนตัม
ที่มีเสถียรภาพมากขึ้น
ตราบใดที่มันไม่ได้ถูกทำลาย
โดยการบังคับจากแรงควอนตัม
การคำนวณแรงควอนตัม เชิงโทพอโลยียังสามารถรับรองความถูกต้องนี้ได้ ในรูปของการคำนวณและบรรลุความต้องการในการใช้งานที่มีความแม่นยำสูง
สรุป...อนาคตของการวิจัยควอนตัม.....
หากอุปกรณ์ควอนตัมถูกนำไปใช้จริงในโลกควอนตัมและถ้าคุณคิดว่าโลกควอนตัมอยู่ไกลจากเรา
จริงๆแล้วมันอยู่ใกล้เรามาก!!!
หาก Google ได้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม
และผู้คนสามารถสัมผัสกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมผ่านเครื่องจำลองควอนตัมนี้ได้ในไม่ช้า
ส่วนการเสนอแผนควอนตัมเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา
และGoogleวางแผนสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมภายในสิบปีนี้
ซึ่งขณะนี้ผ่านไปสองหรือสามปี
เทคโนโลยีควอนตัมได้ก้าวหน้าไปมาก
จำได้ว่าเมื่อคอมพิวเตอร์เครื่องแรกสร้างขึ้นมันเป็นอาคารสามชั้นสูงและเป็นอาคารที่มีขนาดใหญ่มาก
ซูเปอร์คอมพิวเตอร์
ลองย้อนดู..ตอนนี้โทรศัพท์มือถือในมือของเรา
ตอนนั้นทรงพลังกว่าคอมพิวเตอร์เครื่องแรก
ในเวลานั้น การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วนี้
ใช้เวลาเพียงยี่สิบหรือสามสิบปี
ตอนนี้ดูเหมือนว่านักวิทยาศาสตร์ทุกคนกำลังศึกษาการคำนวณควอนตัม
บางทีสิบปีต่อมาโทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์ของเราจะได้รับการพัฒนา
ในเวลานั้นโทรศัพท์มือถือควอนตัมจะเทียบเท่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในขณะนี้!!!
อ้างอิง...
- 19
ดูเพิ่มเติมในซีรีส์
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
