แหล่งกำเนิดโฟตอนที่พัวพันกันสำหรับการทดลองเทเลพอตเตชันเชิงควอนตัม
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
วีรพงษ์ โรจน์พัฒนกุล
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
กิติศักดิ์ (ไม่ใช้งาน) บุญขำ
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ความพัวพันกันทางควอนตัม (quantum entanglement) [1, 2] เป็นหัวใจสำคัญสำหรับการสื่อสารเชิงควอนตัม (quantum communication) ความพัวพันกันระหว่างระบบต่าง ๆ ทางควอนตัมเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อระบบทางควอนตัมโดยตรงซึ่งต้องอธิบายความสัมพันธ์ (correlations) กันระหว่างระบบต่าง ๆ ทางควอนตัม คุณสมบัตินี้ถูกอธิบายโดย Einstein, Podolsky และ Rosen ทำให้ความพัวพันกันนี้เป็นหนึ่งในพฤติกรรมที่สำคัญทางควอนตัม [3, 4] มากไปกว่านั้นสารสนเทศเชิงควอนตัม (quantum information) ยังแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการพัวพันกันเชิงควอนตัม ซึ่งรวมไปถึงวิธีการแบบใหม่ที่ได้จากการส่งข้อมูลในควอนตัมคอมพิวเตอร์ (quantum computer) [5] พื้นฐานของการสื่อสารเชิงควอนตัมขึ้นนี้อยู่กับความพัวพันกันของคู่อนุภาคที่มีความสัมพันธ์กัน (correlated photon pairs) ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้จากกระบวนการแปลงผันลง (parametric down-conversion) ในผลึกหักเหสองแนว [6]
เทเลพอตเทชันเชิงควอนตัม (quantum teleportation) คือการส่ง (transmission) และกู้คืน (reconstruction) สถานะของระบบทางควอนตัมได้ที่ระยะทางไกล ๆ ได้ เช่น สถานะโพลาไรซ์ของโฟตอน ระหว่างที่ทำการเทเลพอต สถานะโพลาไรซ์ของโฟตอนตอนเริ่มต้น (initial photon) จะถูกเคลื่อนย้ายถ่ายโอน และโฟตอนตัวหนึ่งจากคู่ของโฟตอนที่พัวพันกันจะได้รับการวัด ทำให้โฟตอนตัวที่สองที่พัวพันกันนี้ได้รับโพลาไรเซชันของโฟตอนตอนเริ่มต้น ซึ่งโฟตอนตัวที่สองนี้สามารถอยู่ที่ระยะไกลๆ จากโฟตอนตอนเริ่มต้นได้ เทเลพอตเตชันเชิงควอนตัมนี้จึงเป็นส่วนประกอบที่สำคัญสำหรับการสื่อสารเชิงควอนตัม [3, 4]
ในงานวิจัยนี้ต้องการสร้างคู่ของโฟตอนคือ โฟตอนชื่อ Signal และ Idler ซึ่งทั้งสองจะพัวพันกันทางโพลาไรเซชั่น (polarization-entangled photon pairs) ด้วยกระบวนการการแปลงผันลงแบบเกิดขึ้นเองแบบที่ 1 (typ-1 spontaneous parametric down-conversion) ภายในผลึกหักเหสองแนว เบต้าแบเรียมบอเรต (BBO crystal) ทำให้เกิดสถานะของโฟตอนซึ่งเป็นหนึ่งในสี่สถานะของ เบลล์ (EPR-Bell states) สถานะทั้งสี่นี้จะถูกสร้างเพื่อใช้สำหรับการทดลองควอนตัมเทเลพอตเทชั่น (quantum teleportation) ในอนาคต