I Wanna be the Quantum Guy 1

ช่วงสัปดาห์สองสัปดาห์มานี้เราได้เขียนอะไรบางอย่างเกี่ยวกับงาน SQuInT ดองเอาไว้แต่ดูท่าจะละเอียดเกินไป สรุปเหตุการณ์สั้นๆได้ว่า

  • เพราะ SQuInT เป็นงานที่จับเอาคนทีมีความรู้ด้านทฤษฎีและเทคโนโลยีควอนตัมมาล็อคขังไว้ในห้องเดียวกัน(บางทีก็เพื่อรอคนให้อาหาร)เป็นเวลาหนึ่งทำให้ได้คุยและแอบฟังบทสนทนาหลายๆอย่างเกี่ยวกับควอนตัม เมื่อมีบรรยายเยอะแยะมากมายให้เลือกฟังนิสัยก็จะเริ่มออก เลือกฟังแต่ที่สนใจ ก็เลยเป็นโอกาสเรียบเรียงว่าตัวเองสนใจอะไรกันแน่ ในวันอาทิตย์หลังจากงานเราก็ได้ข้อสรุปว่าเราสนใจอะไรที่มี

Unification การรวมกันของไอเดีย เช่น ความสามารถในการเก็บความลับ(ด้วยควอนตัม)และการแก้ไข error ในระบบควอนตัมเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน

Explanatory power พลังในการอธิบายความแปลกของกลศาสตร์ควอนตัมและความแตกต่างของทฤษฎีควอนตัมและคลาสสิคัล (ทั้งฟิสิกส์, ทฤษฎีข้อมูล, การเข้ารหัส, และการคำนวณ (computation)) ทำไมทฤษฎีควอนตัมจึงเป็นอย่างที่มันเป็น? นั่นคือใน theory space ทำไมทฤษฎีควอนตัมจึงถูกเลือกออกมาเป็นทฤษฎีพื้นฐานของธรรมชาติ? ทำไม quantum correlation เหมือนกับจะต้องอธิบายด้วยการเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงแต่กลับไม่ขัดแย้งกับสัมพัทธภาพ? บางเรื่องในควอนตัมที่เราคิดว่าแปลกอาจจะไม่ได้แปลกอย่างที่คิด

Applications การประยุกต์ใช้หลักการพื้นฐานของควอนตัมกับเทคโนโลยีโดยตรง คนเรียนวิทยาศาสตร์ทุกคนรู้ว่า error นั้นโตตาม 1/\sqrt{n} เมื่อ n เป็นจำนวนของผลการวัดที่ไม่ขึ้นต่อกันและกัน (independent) แต่ใน quantum metrology เราสามารถใช้หลักการพื้นฐานของควอนตัมเพื่อลด error ตรงนี้ได้ บทเรียนสำคัญของเทคโนโลยีควอนตัมก็คือ เราไม่ต้องมองทฤษฎีควอนตัมเป็นทฤษฎีที่จำกัดอิสระของเรา (“ไม่สามารถรู้ตำแหน่งและโมเมนตัมในการวัดเดียวกันได้”) แต่ทฤษฎีคลาสสิคัลต่างหากที่จำกัดอิสระของเรา และถ้าเราต้องการไปให้ถึงขีดจำกัดที่กำหนดไว้โดยธรรมชาติ เราต้องใช้ทฤษฎีควอนตัม

    สรุปก็คือเราสนใจรากฐานของ quantum information processing และ quantum computation ซึ่งเป็นสายที่ตรงกับ Carl Caves มากที่สุด

  • ทิศทางงานวิจัยหนึ่งที่เราสนใจเป็นพิเศษก็คือ resource theory โชคดีที่วันจันทร์และอังคาร Rob Spekkens กับนักเรียนของเขาจาก Perimeter Institute มาเยี่ยมภาควิชาของเราก็เลยได้คุยกันเรื่องนี้ resource theory เป็น framework ที่คิดถึง quantum correlations ในเทอมของ resources ยกตัวอย่างเช่นทุกคนรู้ดีว่า entanglement เป็น resource ที่ทำให้ทำ superdense coding หรือ teleportation ได้ แต่ในภาษาของ resource theory, entanglement เป็น resource ที่ใช้แล้วหมดไปถ้าของฟรีที่มีให้เรามีแค่ local operations and classical communication (LOCC) เพราะฉะนั้นเราสามารถปรับเปลี่ยนข้อจำกัดว่าเราได้อะไรฟรีๆบ้างก็น่าจะได้ resource theory ที่ต่างกันออกไป ตอนนี้ก็มีหลาย resource theories ในตลาดแล้ว เช่น “quantum reference frames” ที่ให้เฉพาะ symmetric quantum operations ฟรี (Spekkens, Gour, Marvian), “purity” ที่ให้ environment ที่เป็น maximally mixed state ฟรี (Oppenheim, Horodecki), “athermal” ที่ให้ environment ที่เป็น thermal state ณ อุณหภูมิ T ฟรี (Renes, Spekkens และคนที่ทำ purity theory), หรือ “Nongaussian” ที่ให้ Gaussian channels ฟรี (Eisert, Plenio)ความหวังของเราใน resource theories คือการได้ศึกษาอะไรที่ไปเกินกว่า entanglement (อย่างมีระบบ)
  • จากนั้นก็คุยกับ Carl ซึ่งได้คุยไม่มากเพราะเขาต้องไป Australia วันศุกร์ที่ 2(เป็นเวลาสามเดือน) ซึ่งเราก็บอกธีมความสนใจของเราข้างต้นไป เขาแนะนำหัวข้อให้สามหัวข้อ

1. ประยุกต์ resource theory ใช้กับปัญหา quantum linear amplifier เพราะการพิสูจน์ bound ในกรณีพิเศษจะได้ bound ที่ tight กว่าในกรณีทั่วไป(ซึ่งส่วนมากจะเป็นนามธรรมเสียจนเป็นงานของนักคณิตศาสตร์มากกว่า)

2. หนึ่งในนักเรียนของ Carl, Bryan Eastin พยายามพิสูจน์ว่า classical computation สามารถ simulate “concordant computation” ได้ ซึ่งเท่าที่เราฟังเขาอธิบายสั้นๆมาเป็นการคำนวณที่ในทุกเสต็ปการคำนวณ density operator นั้น diagonal ในสัก basis หนึ่ง ซึ่งก็ทำให้ดูเหมือนว่ามันไม่น่าจะต่างอะไรกับ classical computation แต่ก็ยังไม่มีใครพิสูจน์ว่ามันเหมือนกัน (ฟังดูเหมือนพิสูจน์ P=NP เลย) Bryan พิสูจน์ proposition นี้ได้ในกรณีพิเศษของ one- และ two-qubit gates แต่ direct generalization ไปยัง n-qubit gates ของวิธีพิสูจน์ของเขาเป็นปัญหา NP-hard โจทย์นี้เป็นโจทย์ที่ดึงดูดและดูยากที่สุดเพราะ concordant computation เป็นการคำนวณที่ไม่มี “quantum discord” และถ้าพิสูจน์มันได้ก็จะเป็นหลักฐานชิ้นสำคัญว่า discord เป็นหนึ่งในต้นตอของพลังของ quantum computation (แต่ Carl บอกว่า discord นี่ hype นะ)

3. ค้นหา approach to thermal equilibrium (ในระดับควอนตัม)ที่ดีกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน ยังไม่รู้ว่าขั้นตอนการค้นหามันน่าสนุกยังไง เข้าใจว่าเขาเสนอเรื่องนี้เพราะเห็นเราเอาไปคุยกับเขาเป็นบางครั้งบางคราวแล้วก็รีวิวเปเปอร์เรืองพวกนี้ไปครั้งหนึ่งในสัมมนา แต่เหมือน Carl จะมี insight ที่น่าสนใจมากๆ(เกี่ยวกับ information)ของเขาเองเกี่ยวกับกฎข้อที่สองของ thermodynamics ในระดับควอนตัม

ที่พูดมานี่ฟังดูน่าสนใจทั้งนั้น แต่จะเริ่มตรงไหนดีล่ะ? Carl ก็ไม่อยู่แล้ว

โปรดติดตามตอนต่อไป


ปล. ถ้าสนใจเอกสารอ้างอิงเรื่องไหนบอกเรา

Advertisements

About Ninnat Dangniam

นักเรียน, นักเขียน, นักวาด
This entry was posted in Quantum. Bookmark the permalink.

One Response to I Wanna be the Quantum Guy 1

  1. Pingback: ความผิดพลาดของผม | One Quantum at a Time

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s