ความก้าวหน้าครั้งสำคัญทางควอนตัมบนชิปซิลิคอน: นิวเคลียสของอะตอม “สื่อสาร” เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้

คอมพิวเตอร์ควอนตัมถือเป็นพลังสำคัญในการเปลี่ยนแปลงอนาคตของเทคโนโลยี แต่การนำปรากฏการณ์ควอนตัมที่เปราะบางมาไว้บนชิปและทำให้มันทำงานได้ในระดับใหญ่เป็นความท้าทายทางวิทยาศาสตร์มาโดยตลอด ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยนิวเซาท์เวลส์ (UNSW) ในออสเตรเลียเพิ่งประสบความสำเร็จครั้งสำคัญ: เป็นครั้งแรกที่พวกเขาสามารถทำให้อะตอมนิวเคลียสเกิดการพัวพันทางควอนตัมบนชิปซิลิคอนและ “สื่อสาร” กันได้ในระยะห่าง 20 นาโนเมตร ซึ่งเป็นการปูทางไปสู่การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในทางปฏิบัติ

การพัวพันควอนตัมคืออะไร?

การพัวพันทางควอนตัมเปรียบเสมือนฝาแฝดที่ประสานกันอย่างลงตัว แม้จะอยู่ห่างไกลกันมาก การกระทำของคนหนึ่งก็สามารถส่งผลกระทบต่ออีกคนได้ทันที ปรากฏการณ์นี้ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถประมวลผลข้อมูลจำนวนมหาศาลได้พร้อมกัน ทำให้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมหลายเท่า อย่างไรก็ตาม การทำให้เกิดการพัวพันระหว่างนิวเคลียสของอะตอมบนชิปซิลิคอนนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ในอดีต นิวเคลียสของอะตอมต้องใช้ร่วมกันอิเล็กตรอนตัวเดียวกันจึงจะสามารถมีปฏิสัมพันธ์กันได้ คล้ายกับที่คนในห้องเดียวกันสามารถสนทนากันได้อย่างชัดเจนเท่านั้น เมื่อห้องเต็มแล้วก็ยากที่จะขยายออกไป

โทรศัพท์อิเล็กทรอนิกส์ที่ล้ำสมัย

นวัตกรรมของทีม UNSW อยู่ที่การไม่พึ่งพาอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันระหว่างนิวเคลียสของอะตอมอีกต่อไป แต่หันมาใช้ “ความสามารถในการแพร่กระจาย” ของอิเล็กตรอนเป็นสะพานส่งสัญญาณแทน แม้ว่านิวเคลียสของอะตอมสองตัวจะอยู่ห่างกันประมาณ 20 นาโนเมตร (เทียบเท่ากับหนึ่งในพันของความกว้างของเส้นผมมนุษย์) พวกมันก็ยังสามารถสร้างการเชื่อมต่อที่เสถียรผ่านอิเล็กตรอนได้ นักวิจัยอธิบายไว้ดังนี้: ก่อนหน้านี้ นิวเคลียสของอะตอมเปรียบเสมือนถูกขังอยู่ในห้องเก็บเสียง สามารถสื่อสารกันได้เฉพาะภายในห้องนั้นเท่านั้น แต่ตอนนี้มันเหมือนกับการมีโทรศัพท์ ทำให้พวกมันสามารถสื่อสารกันข้ามห้องได้

สามารถใช้งานร่วมกับกระบวนการผลิตชิปที่มีอยู่เดิมได้

ระยะห่าง 20 นาโนเมตรนั้นตรงกับขนาดการผลิตชิปคอมพิวเตอร์และโทรศัพท์มือถือในปัจจุบันอย่างแม่นยำ ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตสามารถผลิตได้ในปริมาณมากโดยตรงโดยใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่ โดยไม่จำเป็นต้องออกแบบกระบวนการผลิตใหม่ สำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ นี่เป็นการเพิ่มโอกาสอย่างมากที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะก้าวจากห้องปฏิบัติการสู่ตลาด ทีมงานจาก UNSW ระบุว่าวิธีการนี้มีความเสถียรและปรับขนาดได้ และสามารถเพิ่มอิเล็กตรอนและนิวเคลียสของอะตอมได้มากขึ้นในอนาคตเพื่อให้ได้การคำนวณควอนตัมในระดับที่ใหญ่ขึ้น

สปินนิวเคลียร์ของอะตอม: หัวใจสำคัญของการคำนวณควอนตัม

ทีมวิจัยใช้สปินของนิวเคลียสฟอสฟอรัสในแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเพื่อจัดเก็บข้อมูลควอนตัม สปินเป็นทรัพยากรสำคัญสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่จะเหนือกว่าคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าข้อมูลควอนตัมสามารถจัดเก็บไว้ในสปินเหล่านี้ได้นานกว่า 30 วินาที และอัตราความผิดพลาดของการดำเนินการตรรกะควอนตัมต่ำกว่า 1% ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าสปินของนิวเคลียสอะตอมเหล่านี้มีความเสถียรและแยกตัวออกจากกัน ทำให้เป็นตัวนำที่เหมาะสมสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม

อิเล็กตรอนกลายมาเป็นสะพานส่งสัญญาณได้อย่างไร

แม้ว่าอิเล็กตรอนจะเป็นอนุภาคขนาดเล็กมาก แต่พวกมันสามารถแพร่กระจายไปในอวกาศและมีปฏิสัมพันธ์กับนิวเคลียสของอะตอมหลายตัวได้ นักวิจัยเปรียบเทียบสถานการณ์นี้กับคนในห้องเก็บเสียงที่สามารถสื่อสารกันได้เฉพาะภายในห้องเท่านั้น แต่ในปัจจุบัน อิเล็กตรอนเปรียบเสมือนโทรศัพท์ที่ทำให้สามารถสื่อสารกันได้ในระยะไกล วิธีนี้ทำลายข้อจำกัดที่ว่านิวเคลียสของอะตอมจะต้องใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพียงตัวเดียว และเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมซิลิคอนสามารถขยายขนาดได้

ความท้าทายและแนวโน้มในอนาคต

แม้ว่าจะประสบความสำเร็จในการสร้างปรากฏการณ์ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ในระดับชิปแล้ว การสร้างระบบควอนตัมที่เทียบเท่ากับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ยังคงต้องการคิวบิตที่เสถียรหลายร้อยถึงหลายพันตัว ความท้าทายหลักยังคงอยู่ที่การขยายขนาดในขณะที่รักษาอัตราความผิดพลาดให้ต่ำ อย่างไรก็ตาม งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการสร้างไมโครชิปควอนตัมโดยใช้กระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่ ซึ่งจะทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ใกล้ความเป็นจริงมากขึ้น

สรุปแล้ว

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญของ UNSW ถือเป็นก้าวสำคัญสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม: สปินของอะตอมสามารถพันกันและสื่อสารกันได้ในระดับชิป ซึ่งเป็นแนวทางใหม่สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้ เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาไปอีกขั้น คาดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันอย่างแท้จริง เปลี่ยนแปลงวิธีการคำนวณและภูมิทัศน์ทางเทคโนโลยีไปอย่างสิ้นเชิง

แหล่งที่มา:

• “การพัวพันที่ขยายได้ของการหมุนของนิวเคลียร์โดยการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน” โดย Holly G. Stemp, Mark R. van Blankenstein, Serwan Asaad, Mateusz T. Mędzik, Benjamin Joecker, Hannes R. Firgau, Arne Laucht, Fay E. Hudson, Andrew S. Dzuoh และ Andrew N. J.A. เจ. มอเรลโล 18 กันยายน 2568 วิทยาศาสตร์ “การพัวพันที่ขยายได้ของการหมุนของนิวเคลียร์โดยการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน” โดย Holly G. Stemp, Mark R. van Blankenstein, Serwan Asaad, Mateusz T. Mędzik, Benjamin Joecker, Hannes R. Firgau, Arne Laucht, Fay E. Hudson, Andrew S. Dzuoh และ Andrew N. J.A. เจ. มอเรลโล 18 กันยายน 2568 วิทยาศาสตร์
• “เหมือนคุยโทรศัพท์” – ความก้าวหน้าทางควอนตัมทำให้แต่ละอะตอมสามารถสนทนากันได้ในแบบที่ไม่เคยมีมาก่อน
• 像雙胞胎一樣同步！矽晶片內原子核首次成功量子糾纏

---

สำหรับการบด เรามีการปรับแต่งตามความต้องการในการประมวลผล เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

ยินดีต้อนรับที่จะติดต่อเรา เราจะมีคนที่จะตอบคำถามของคุณ

หากคุณต้องการใบเสนอราคาแบบกำหนดเองโปรดติดต่อเรา

เวลาทำการฝ่ายบริการลูกค้า : จันทร์ – ศุกร์ 09:00~18:00 น.

โทร : 07 223 1058

หากมีข้อสงสัยหรือคำถามที่ไม่ชัดเจนทางโทรศัพท์ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความส่วนตัวถึงฉันทาง Facebook ~~

เฟซบุ๊ก HonWay: https://www.facebook.com/honwaygroup

---

คุณอาจสนใจ…