นักฟิสิกส์จาก BU เผย อนุภาคเสมือนควอนตัมอาจทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพมากขึ้นไปอีก

Artistic rendering of fractional excitons (Credit: Courtesy of Jia Li/Brown University)

ทีมนักฟิสิกส์จาก Brown University (BU) รัฐโรดไอแลนด์ สหรัฐฯ เปิดเผยการมีอยู่ของ subatomic phenomenon ประเภทหนึ่งที่ไม่เคยพบเห็นมาก่อน เรียกว่า fractional exciton ผลการค้นพบนี้ได้รองรับกับการทำนายทางทฤษฎีเกี่ยวกับอนุภาตเสมือน (quasiparticle) ซึ่งมีคุณสมบัติควอนตัมเฉพาะตัวที่ประพฤติตัวเหมือนกับประกอบด้วยประจุไฟฟ้าตรงข้ามที่มีสัดส่วนเท่ากันทำให้ประจุรวมเป็นศูนย์ ผลการค้นพบดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature โดยแสดงให้เห็นถึงการพัฒนาวิธีการใหม่เพื่อปรับปรุงวิธีการจัดการข้อมูลในระดับควอนตัม และอาจนำไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เร็วขึ้นและเชื่อถือได้มากขึ้น

ทีมนักฟิสิกส์สามารถสังเกตเห็นปรากฏการณ์ fractional excitons ได้โดยใช้ fractional quantum Hall effect ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อใช้สนามแม่เหล็กแรงสูงกับชั้นของวัสดุบางระดับอะตอมที่อุณหภูมิต่ำมาก ภายใต้เงื่อนไขนี้ อิเล็กตรอนที่ไหลผ่านชั้นต่างๆ ของวัสดุจะประพฤติตัวเหมือนว่าแตกออกเป็นส่วนจากอิเล็กตรอนตัวเดียว และมีเพียงส่วนของประจุลบเท่านั้น นอกจากนี้ ยังสังเกตเห็นว่าประจุบวกในสัดส่วนที่เท่ากันหรือที่เรียกว่า “โฮล (holes)” อยู่ในชั้นที่ติดกันภายในวัสดุอีกด้วย แรงดึงดูดระหว่างเศษส่วนของอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกันเหล่านี้เป็นการสร้าง fractional exciton ตามที่ทำนายไว้

ในขั้นตอนต่อไป ทีมนักฟิสิกส์จะศึกษาว่าจะสามารถควบคุมพฤติกรรมของ fractional excitons เหล่านี้ได้หรือไม่

การค้นพบนี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ สหรัฐฯ (U.S. National Science Foundation : NSF) โดยได้ลงทุนด้านการวิจัยและการพัฒนาพื้นฐานที่ขับเคลื่อนการปฏิวัติควอนตัม ไม่ว่าจะเป็นระบบ GPS เทคโนโลยี MRI หรือเลเซอร์ที่ทำให้อินเทอร์เน็ตในปัจจุบันเกิดขึ้นได้ เทคโนโลยีที่ใช้ประโยชน์จากควอนตัมล้วนมีรากฐานมาจากการลงทุนของ NSF อนาคตของวิทยาศาสตร์สารสนเทศและวิศวกรรมควอนตัมมีแนวโน้มที่จะสร้างประโยชน์มากยิ่งขึ้น เช่น คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง การสื่อสารที่ปลอดภัย วัสดุใหม่ที่ใช้ในอุตสาหกรรม เซ็นเซอร์ที่มีความซับซ้อน และเครื่องมือผลิตภาพ

-------------------

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

Quantum quasiparticle could make future quantum computers more reliable, https://www.nsf.gov/news/quantum-quasiparticle-could-make-future-quantum-computers?utm_medium=email&utm_source=govdelivery

Discovery of new class of particles could take quantum mechanics one step further, https://www.brown.edu/news/2025-01-08/new-quantum-particles

Quantum Information Science, https://www.nsf.gov/focus-areas/quantum