“รูป รส กลิ่น เสียง สัมผัส” กับไอทีควอนตัม (3)

รอบนี้พาลงลึกด้านเทคนิคสู่ปรากฏการณ์กำเนิดควอนตัมด้วยแสง...หนึ่งในหลากหลายวิธีที่เขาสร้างควอนตัมเพื่องานไอทีกัน ซึ่งมิได้เป็นเรื่องใหม่อย่างใด ควรถามอาจารย์กูเกิลดูควบคู่ไปได้ตลอดนะครับ เพื่อความมั่นใจด้วยตนเองโดยยึดหลักกาลามสูตรเสมอ ขอทักเป็นระยะๆ ด้วยว่า ควอนตัมแค่“ลึกซึ้ง”หาได้“ลึกลับ”ไม่...เพียงแค่ว่ามันแปลกใหม่กับประสาทสัมผัสทั้งห้าที่เกิดมาอาจเพิ่งเคยได้รู้จัก

มา“สังเกต”ผลควอนตัมกัน...ผลที่ว่าไม่ได้ออกมาเป็นรูปร่างรูปลักษณ์ ส่งเสียงดังหรือเบา กลิ่นเหม็นหอม รสเปรี้ยวหรือหวาน และผิวหยาบหรือเรียบราบลื่นนะครับ แต่เป็นผลจากหน่วยตรวจจับสัญญาณแสงความเร็วสูงระดับหนึ่งในล้านของล้านหรือพิโควินาทีที่ไวและแพงมาก ฉะนั้นขอ“เห็นควอนตัม”หน่อยได้ไหม ? ตอบว่า “ครับได้” แต่เป็นภาพที่ต้องตีความเอง และหากไม่กี่บรรทัดต่อไปนี้จะทำให้มึนก็ขอว่าฝืนหน่อยเพื่ออ่านต่อจนจบไปพบคำตอบ

ลองมาดูตัวอย่างการกำเนิดสถานะควอนตัมจากแสงเลเซอร์เพื่อการนำไปใช้ในระบบสื่อสารรหัสลับกรณีหนึ่ง โดยเริ่มไปตามแนวแสงสีครามยูวี (Ultra Violet) ที่วิ่งพุ่งออกไปยังผลึกแก้ว (BBO*) และที่นี่อาจเกิดปรากฏการณ์ความพัวพันเป็นควอนตัมขึ้น (หากไม่เกิดก็ไม่เป็น) แล้วได้เป็นแสงสองลำแยกออกซ้ายขวาไปคนละทาง หากควบคุมจัดให้แสงที่เป็นควอนตัมพัวพันกันนั้นเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ“ด้านใดด้านหนึ่ง” ก็จะปรากฏว่าแสงอีกด้านที่เหลือจะเปลี่ยนคุณสมบัติตามโดยอัตโนมัติ ทั้งที่ไม่มีใครไปทำอะไรอีกและมันแยกออกจากกันไปแล้ว...นั่น

ลองนำความพัวพันนั้นมาใช้กับงานไอทีโดยแทนข้อมูลดิจิทัลสักตัวอย่างดังนี้ หากแสงพัวพันที่วิ่งออกไปนั้นบังคับให้มีลักษณะมุม (polarization) ได้สี่แบบ (เรียกว่าค่ามุมเอียงๆของแสงก็แล้วกัน) แล้วหากใส่ข้อมูลรหัสลับให้แสงเฉพาะที่วิ่งออกด้านซ้ายเท่านั้นเป็นค่ามุมใดๆมุมหนึ่งจากทั้งหมดสี่ค่าดิจิทัล (00, 01, 10, หรือ11) แสงด้านขวาที่พัวพันสถานะควอนตัมอยู่ก็จะพลันเกิดมีค่ามุมดิจิทัลชุดเดียวกันนั้นได้เองเหมือนกับด้านซ้ายโดยธรรมชาติ...เฉยเลย

และเมื่อนำแสงสองเส้นทางนี้แยกออกให้เกิดระยะห่างไกลจากกันมากขึ้น เช่น ให้ปลายทางอยู่กันคนละตึกก็จะเสมือนการสื่อสารข้อมูลชุดเดียวกันได้ไกล เช่น “ผู้ส่งด้านซ้ายมีข้อมูลอะไร ผู้รับด้านขวาก็จะมีเหมือนกันอัตโนมัติ” นี่แหละครับควอนตัมในงานด้านไอที มึนใช่ไหมครับ ? ลองอ่านใหม่อีก (หลาย) ทีนะครับ และล่าสุดมีการทดลองแยกผู้ส่งผู้รับสองด้านนี้ไกลขนาดข้ามเกาะห่างกันมากกว่าร้อยกิโลเมตรแล้ว และจะตามต่อกันด้วยโครงการนำขึ้นดาวเทียม...ไกลขึ้นไปอีก

ต่อมาพาไป“เห็นควอนตัม”กัน ตามไปดูโฟตอนหรือแสงที่พัวพัน (entangled photon) ซึ่งได้สถานะควอนตัมออกมาช่วงแสงอินฟราเรด (Infrared) อันเลยขอบเขตตามนุษย์จะรับรู้ได้หรือมองไม่เห็น แต่ตรวจจับได้จากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความไวสูง เมื่อถ่ายรูปออกมาด้วยฟิล์มหรือกล้องเฉพาะทางก็จะเห็นเป็นวงๆ (ภาพถ่ายแรกขาวดำเผยแพร่โดยประเทศออสเตรียจากทีมงานวิจัยมหาวิทยาลัยอินส์บรูค และต่อมากับภาพสีที่มหาวิทยาลัยเวียนนา ปรากฏบนปกหนังสือเผยแพร่ไปทั่วโลก) ดูแล้วอยากจะเข้าใจความหมายวงแสงเหล่านี้ก็ต้องเข้าชั้นเรียนกันชุดใหญ่ทีเดียว เอาแค่ว่าสองวงนั้นเป็นผลจากการสังเกตที่ทำให้รู้ว่ากำเนิดเกิดควอนตัมเข้าแล้วตรงสองตำแหน่งที่เส้นวงทับกัน...เห็นไหมครับ มีภาพให้ดูก็ยังต้องตีความทางอ้อมเพราะไม่ได้เป็น“รูปลักษณ์”ที่มนุษย์จะเข้าใจได้โดยสัญชาตญาณหรือความคุ้นเคย

นักวิทยาศาสตร์กลุ่มที่ชอบทดลองเข้าถึงควอนตัมโดยระบบประสาทที่สร้างขึ้นเองเพื่อตรวจวัดแบบตัวอย่างที่แสดงนี้ หรือแบบอื่นๆอีกมากมาย (มากมายจริงๆ ทั้งวิธี quantum dot, NMR และcold atom) แต่ที่แปลกคือ มีคนอีกกลุ่มประเภทที่เข้าถึงควอนตัมด้วยการใช้คณิตศาสตร์ยั้วเยี่ยได้เหมือนกัน (ทำไปได้ !) บรรดาอัจฉริยะเหล่านั้นเขาเกิดมาเพื่อการนี้เชียว หากพูดคุยด้วยก็อาจจะออกมาเป็นตัวเลขสมการแทนภาษาพูด มือจับชอร์คได้ก็ร่ายสูตรยาวๆบนกระดานดำ ประตู และผนังห้องทำงาน ตัวแปรไหลมายังกับน้ำ...มึนขนานแท้

ก่อนปิดเรื่องลองได้นึกไปว่าบรรดานักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกใดๆ ผู้ใหลหลงหัวปักหัวปำกับควอนตัมที่กำลังนำมาใช้ในไอที ทั้งศึกษาและทดลองมามากมายจนเข้าใจปรากฏการณ์ธรรมชาติชนิดที่ประสาทสัมผัสทั้งห้าเข้าถึงตรงๆ ไม่ได้นี้นั้น เขารู้สึกกันอย่างไร ?

ต้องขอยืมคำพระมาใช้ในนัยเดียวกัน น่าจะประมาณได้ว่า...“เป็นการหงายของที่คว่ำ ทำที่มืดให้สว่าง” ด้วยประการฉะนี้ กระมังครับ

เกียรติศักดิ์ ศรีพิมานวัฒน์

ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ

facebook.com/oqc.nectec

"แสง-ควอนตัม-สื่อสาร-แอลอีดี"

(หมายเหตุ: BBO* คือผลึกแก้วใสคุณสมบัติพิเศษมีชื่อเต็มคือ Beta Barium Borate) 

ติดตาม: facebook.com/QuantumCryptoThailand