การแทรกสอดทางควอนตัมโดยชุดเครื่องมือการแทรกสอดแบบโพลาไรเซชัน

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

สรวิชญ์ จตุพรมงคล, วสวัตติ์ จิระสุวิบูลย์, สรวิศ ถิ่นชีลอง

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

กิติศักดิ์ (ไม่ใช้งาน) บุญขำ

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2562

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ในการทดลองนี้ได้สาธิตให้เห็นการแทรกสอดของโฟตอนเดี่ยว (single photon) จากคู่ของโฟตอนที่พัวกัน (entangled photon pairs) โดยใช้ชุดการทดลองการแทรกสอดแบบโพลาไรเซชัน (polarization interferometer) แทนชุดการทดลองการแทรกสอดที่ใช้กันโดยทั่วไปในห้องปฎิบัติการ เช่นชุดการทดลองการแทรกสอดแบบไมเคิลสัน (Michelson interferometer) และ ชุดการทดลองการแทรกสอดแบบมาร์คเซนเดอร์ (Mach-zehnder interferometer) เป็นต้น เนื่องจากโฟตอนดังกล่าวมีความยาวโคฮีเรนท์ (coherence length) ที่สั้นมากทางผู้ทดลองจึงได้ใช้ชุดทดลองการแทรกสอดแบบโพลาไรเซชันที่มีแขนของชุดการทดลองการแทรกสอดเกือบจะเท่ากันและมีแผ่นครึ่งคลื่น (half-wave plate) ที่แกนเร็ว (fast axis) หมุนมุมเทียบกับแนวระดับไปที่ แทรกอยู่ระหว่างกลางของตัวทำแสงโพลาไรซ์แบบแยกลำแสง (beam displacing polarizers: BDPs) ทั้งสองที่ใช้ติดตั้งเป็นชุดทดลองการแทรกสอด (interferometer) ดังกล่าว ซึ่งทำให้ความยาวของเส้นทาง (path lengths) ของลำแสงทั้งสองระหว่างแขนของชุดการทดลองการแทรกสอดมีระยะเท่ากัน (โดยทั่วไปความยาวของแขนของชุดการทดลองการแทรกสอดจะไม่เท่ากัน) ส่วนแผ่นครึ่งคลื่นใช้สำหรับเปลี่ยนสถานะโพลาไรเซชันของลำแสงสองลำแสงในชุดทดลองการแทรกสอดทำให้ลำแสงทั้งสองมีความสมมาตรกัน ที่ด้านหน้าของชุดการทดลองการแทรดสอดมีแผ่นเสี้ยวคลื่น (quarter-wave plate) ที่แกนช้า (slow axis) ถูกติดตั้งและถูกหมุนในแนวระดับเพื่อใช้ในการเปลี่ยนความต่างเฟส (phase difference) ของโฟตอนระหว่างแขนของชุดการทดลองการแทรกสอดโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงความยาวของเส้นทางของแขนของชุดการทดลองการแทรกสอด ในการทดลองผู้ทดลองได้เตรียมโฟตอนหนึ่งจากคู่ของโฟตอนที่พัวกันกันให้มีสถานะโพลาไรซ์ในแนว ( ) ส่งเข้าไปในชุดการทดลองการแทรกสอดแบบโพลาไรเซชันและแสดงให้เห็นริ้วการแทรกสอดของโฟตอน ริ้วการแทรกสอดที่ได้เป็นการวัดจำนวนของคู่ของโฟตอนที่พัวพันกันที่มาถึงตัวตัวตรวจวัดพร้อมกัน (coincidence counts) ซึ่งเป็นฟังก์ชันกับความต่างเฟสระหว่างลำของโฟตอนในชุดการทดลองการแทรกสอด