วันนี้ฉันกำลังใช้ชีวิตตามความฝัน อย่างน้อยก็สำหรับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีหลายคน ฉันมีสำนักงานของตัวเองที่สำหรับฟิสิกส์เชิงทฤษฎีในเมืองวอเตอร์ลู รัฐออนแทรีโอ มันมาพร้อมกับกาแฟฟรี กระดานดำที่โหลดสมการไว้ล่วงหน้า และการเข้าถึงนักฟิสิกส์ชั้นนำของโลกบางคน เช้านี้ฉันได้พูดคุยกับซึ่งถ้าฉันจำไม่ผิดคือคณาจารย์ของ PI คนแรกที่ทำงานเกี่ยวกับข้อมูลควอนตัมหลังจากเข้าร่วมในปี 2545
ความสามารถ
พิเศษของเขาคือการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม และเราได้พูดคุยที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับทิศทางที่การคำนวณด้วยควอนตัมสามารถทำได้ ไปในอนาคต แดเนียลยังบอกฉันเกี่ยวกับแนวคิดที่เขาและเพื่อนร่วมงานมีเพื่อใช้ควอนตัมรีพีทเตอร์เพื่อเพิ่มการแยกระหว่างกล้องโทรทรรศน์เชิงแสงที่เชื่อมต่อกัน
เพื่อทำอินเตอร์เฟอโรเมทรีเชิงแสง ปัจจุบัน กล้องโทรทรรศน์สามารถแยกออกได้ไกลถึง 300 เมตร แต่ และเพื่อนร่วมงานเชื่อว่าสิ่งนี้สามารถขยายได้ถึงหลายสิบหรือหลายร้อยกิโลเมตรโดยใช้เทคโนโลยีข้อมูลควอนตัม เทคโนโลยีดังกล่าวยังช่วยชดเชยความผันผวนเล็กน้อย (แต่ก่อกวนอย่างมาก)
ในช่วงบ่าย ฉันได้คุย ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านลำดับโทโพโลยีเชิงควอนตัม เขาอธิบายถึงบทบาทที่ดูเหมือนว่าความพัวพันมีบทบาทในการเปลี่ยนผ่านระหว่างช่วงต่างๆ ของสสาร วิธีคิดที่ค่อนข้างใหม่นี้ช่วยเสริมมุมมองดั้งเดิมของการเปลี่ยนเฟสซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในสมมาตร
และอาจช่วยไขความลึกลับที่สำคัญ เช่น กลไกที่รับผิดชอบต่อตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง เหวินรู้สึกตื่นเต้นเป็นพิเศษเกี่ยวกับคุณสมบัติของอนุภาคที่ไม่สามารถอธิบายได้ เช่น ทำไมอิเล็กตรอนถึงมีสปิน -1/2 เป็นต้น สามารถอธิบายได้ในแง่ของการพัวพัน เท่าที่ฉันเข้าใจ แนวคิดก็คือสุญญากาศ
คือชุดของควอนตัมบิตที่พันกันยุ่งเหยิง ซึ่งอิเล็กตรอนจะโผล่ออกมาเช่นเดียวกับที่อนุภาคควอซิพลาร์ออกมาจากระบบของแข็ง กล่าวว่าความท้าทายหลักที่นักฟิสิกส์ต้องเผชิญคือการพัฒนากรอบแนวคิดเพื่อทำความเข้าใจระบบที่มีความยุ่งเหยิงสูงเหล่านี้ “เราต้องการคณิตศาสตร์ใหม่”
เขาบอกฉัน
“และเมื่อคุณต้องการคณิตศาสตร์ใหม่ มันเป็นสัญญาณว่าสิ่งที่สำคัญกำลังเกิดขึ้น” ในความยาวของไฟเบอร์ที่ใช้เชื่อมต่อกล้องโทรทรรศน์ สิ่งนี้จะเกี่ยวข้องกับการยิงโฟตอนที่พันกันเป็นคู่ หนึ่งคู่ไปยังกล้องโทรทรรศน์แต่ละตัว จากนั้นใช้เทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมเพื่อวัดความผันผวน
เพื่อพยายามอธิบายว่ารุ้งเกิดขึ้นได้อย่างไร เป็นมากกว่าการเรนเดอร์แบบสแกนไลน์โดยใช้เงื่อนไขเพิ่มเติมของซีรี่ส์ อย่างไรก็ตาม หากเราต้องติดตามความสว่างที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงผ่านฉากจนมาถึงระนาบกล้อง เราจะเสียความพยายามอย่างมากเพราะแสงเพียงส่วนน้อยเท่านั้น
ที่จะส่องมาที่กล้อง ส่วนใหญ่จะจบลงที่อื่นในที่เกิดเหตุ การเริ่มต้นที่จุดสิ้นสุดจะดีกว่ามาก: การยิงแสงจากจุดโฟกัสของกล้องผ่านพิกเซลที่ประกอบด้วยระนาบกล้องและออกไปในฉาก จากนั้นเราจะติดตามรังสีเหล่านี้ผ่านฉาก ซึ่งหมายความว่าเราต้องสามารถคำนวณจุดที่รังสีตัดกับวัตถุต่างๆ โดยทั่วไป
สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้อย่างแน่นอน เพราะมีเพียงไม่กี่รูปร่างเท่านั้นที่เราสามารถคำนวณจุดตัดของมันด้วยรังสีได้อย่างรวดเร็วเพียงพอ ในรังสีจิต เราจำกัดตัวเองไว้ที่รูปสามเหลี่ยม ดังนั้นวัตถุทางเรขาคณิตทั้งหมดจะถูกประมาณเป็นชุดของรูปสามเหลี่ยม (รูปที่ 3a) สามเหลี่ยมเหล่านี้สามารถมีคุณสมบัติ
ของวัสดุที่แตกต่างกัน และคุณสมบัติเหล่านี้กำหนดว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับรังสีเมื่อมันตัดกับสามเหลี่ยมหนึ่งๆ ตัวอย่างเช่น ลำแสงอาจสะท้อนหรือหักเห หลังจากนั้นมันก็จะเดินทางต่อไปในที่เกิดเหตุ ในการคำนวณ หมายความว่าเทอมที่มีลำดับสูงกว่าในซีรีส์ Born จะมีส่วนร่วม และแต่ละการหักเห
หรือการสะท้อนจะเพิ่มลำดับของเทอมที่เกี่ยวข้องทีละหนึ่ง ในทางกลับกัน หากวัสดุของสามเหลี่ยมที่ตัดกันนั้นกระจาย เราก็ไม่รู้ว่ารังสีต่อเนื่องจะเลือกทิศทางใดจากหลายทิศทางที่เป็นไปได้ ดังนั้นเราจึงหยุดและคำนวณความสว่างที่มาจากแหล่งกำเนิดแสงทั้งหมด ซึ่งหมายความว่าเฉพาะภาคปัจจุบัน
ของซีรี่ส์
เท่านั้นที่จะมีส่วนร่วมในการคำนวณส่วนร่วมนี้ เราจะส่งลำแสงพิเศษที่เรียกว่าลำแสงเงาจากแหล่งกำเนิดแสงแต่ละจุดไปยังจุดตัดกัน ถ้ารังสีเงานี้กระทบกับวัตถุอื่นก่อนที่จะมาถึงสามเหลี่ยมเดิม เราก็รู้ว่าเงานั้นจะถูกส่งไปยังสามเหลี่ยมนี้ มิฉะนั้น เราสามารถถ่ายโอนแสงที่ตกกระทบกลับมายังกล้องได้
ซึ่งจะทำให้ข้อมูลเกี่ยวกับสีของพิกเซลในระนาบกล้องภาพที่ผลิตด้วยวิธีการติดตามรังสีนี้สามารถเห็นได้ในรูปที่ 3c ตอนนี้เงาสะท้อนในกระจกและบนบันไดสระมองเห็นได้ชัดเจน และเรายังเห็นเงาสะท้อนของท้องฟ้าสดใสในกระจกสะท้อนของหน้าต่างผนังด้านซ้ายได้อีกด้วย มีเงาสะท้อนของโต๊ะ
และต้นไม้บนผิวน้ำด้วย อย่างไรก็ตามผิวน้ำส่วนใหญ่ยังดูไม่เป็นธรรมชาติ เหตุผลนี้อยู่ในวิธีที่เราปฏิบัติต่อรังสีเงา แสงที่ตกกระทบผิวน้ำจะสะท้อนหรือหักเหไปทางพื้นสระ อย่างไรก็ตาม น้ำมีค่าดัชนีการหักเหของแสงสูงกว่าอากาศ ซึ่งหมายความว่าลำแสงเงาตรงจะตกกระทบสระว่ายน้ำหรือผนังห้อง
ก่อนลำแสงเมื่อถูกยิงจากแหล่งกำเนิดลงสู่พื้นสระ จึงถือว่าพื้นสระอยู่ใต้ร่มเงาและผิวน้ำจะดูมืด การติดตามรังสีจากแหล่งกำเนิดแสงไปยังกล้องนั้นมีค่าใช้จ่ายสูง แต่เป็นไปได้ที่จะหลีกเลี่ยงสิ่งนี้โดยการติดตามรังสีจากแหล่งกำเนิดแสงผ่านฉากและบันทึกว่ารังสีเหล่านี้กระทบวัตถุที่ใด
เป็นเหมือนห้องฟองสบู่ในฟิสิกส์ของอนุภาค เป็นเรื่องยากมากที่จะเห็นอนุภาคจริง แต่ค่อนข้างง่ายที่จะเห็นร่องรอยของฟองอากาศที่เกิดขึ้นเมื่อมันผ่านเข้าไปในห้อง ในรังสีจิต เราเรียกรังสีเหล่านี้ว่า “โฟตอน” เนื่องจากรังสีเหล่านี้ทำตัวเหมือนโฟตอนจริงในหลายๆ ด้าน แต่ไม่ควรเข้าใจผิดว่าเป็นของจริง
