นักวิทย์ฯ พบกฎใหม่ควอนตัม ที่อาจทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เร็วขึ้นแสนเท่า !

เคยสงสัยไหมว่าคอมพิวเตอร์หรือสมาร์ตโฟนที่เราใช้กันอยู่ จะสามารถพัฒนาให้เร็วขึ้นได้อีกแค่ไหน ? ล่าสุดทีมนักวิทยาศาสตร์ค้นพบ ‘กฎใหม่’ ทางฟิสิกส์ควอนตัม ซึ่งอาจเป็นกุญแจปลดล็อกให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตทำงานเร็วขึ้นกว่าปัจจุบันถึง 1 แสนเท่า

เรื่องข้อจำกัดของพื้นที่และเวลา 

ในโลกของอนุภาคเล็กจิ๋วอย่างอิเล็กตรอน ธรรมชาติมีกฎเหล็กซ่อนอยู่ ล่าสุดนักวิจัยค้นพบ ข้อจำกัดทางปริภูมิ-เวลา (space-time limit) พูดให้เข้าใจง่าย ๆ คือ เราไม่สามารถจับตามองตำแหน่ง ของอิเล็กตรอน พร้อมกับวัดเวลา ที่มันเคลื่อนที่ ให้เป๊ะแบบ 100% พร้อมกันได้ ยิ่งเราอยากรู้เวลาที่มันขยับให้แม่นยำมากเท่าไหร่ ภาพตำแหน่งของมันก็จะยิ่งเบลอและแผ่กระจายกว้างขึ้นเท่านั้น ซึ่งต้องแลกกันระหว่างความแม่นยำของเวลากับพื้นที่

เร็วระดับอัตโตวินาที คือเร็วแค่ไหน ?

เพื่อจะแอบดูอิเล็กตรอน นักวิทยาศาสตร์ต้องใช้เลเซอร์ที่ทำงานเร็วระดับอัตโตวินาที หรือ 1 ในล้านล้านล้านของ 1 วินาที เพื่อให้เห็นภาพความเร็วนี้ ลองจินตนาการว่า 1 อัตโตวินาทีสั้นพอ ๆ กับการเอาเวลาแค่ 1 วินาที ไปเทียบกับอายุของทั้งจักรวาล

ในการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ใช้เลเซอร์ความเร็วสูงยิงไปที่ปลายเข็มโลหะที่แหลมมาก ๆ เพื่อกระตุ้นให้อิเล็กตรอนกระโดดข้ามไปยังพื้นผิวแผ่นเงินที่วางอยู่ใกล้กันสุด ๆ และจากการสังเกตการเคลื่อนที่นี้เอง ก็พบความน่าทึ่ง 2 เรื่อง

1. อิเล็กตรอนไม่ได้ทำตัวเป็นเม็ดอนุภาคแข็ง ๆ แต่มันกลายร่างเป็นคลื่นควอนตัม ทำให้สามารถมุดทะลุกำแพงพลังงานไปได้ (เรียกว่าควอนตัมทันเนลลิง) เหมือนคนเดินทะลุกำแพงได้โดยที่กำแพงไม่แตก

2. อิเล็กตรอนไม่ได้ขยับตัวปุบปับทันทีที่โดนแสง แต่จะมีความหน่วงหรือดีเลย์ตามหลังแสงอยู่ประมาณ 500 อัตโตวินาที

แล้วมันทำให้เร็วขึ้นแสนเท่าได้ยังไง ? 

ปกติแล้ว ชิปคอมพิวเตอร์แบบเดิมที่เราใช้กันอยู่ (CMOS) จะมีข้อจำกัดทางกายภาพสารพัดที่ขัดขวางการวิ่งของอิเล็กตรอน ทำให้มันทำความเร็วได้ไม่เต็มสปีด แต่พอตอนนี้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจ พฤติกรรมความเป็นคลื่น และจังหวะดีเลย์ ของมัน

ในอนาคตวิศวกรก็จะสามารถออกแบบชิปที่ควบคุมการพุ่งตัวของอิเล็กตรอนได้โดยตรง ซึ่งการปลดล็อกให้อิเล็กตรอนวิ่งประมวลผลด้วยความเร็ว ‘ระดับเพดานสูงสุดตามธรรมชาติ’ แบบไม่มีอุปสรรคเดิม ๆ นี่แหละ ที่จะทำให้เร็วกระฉูดกว่าชิปในปัจจุบัน

แม้ตอนนี้เรื่องนี้จะยังอยู่ในห้องทดลอง แต่การค้นพบกฎข้อนี้ทำให้วิศวกรเข้าใจพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในระดับที่เล็กและเร็วที่สุด ซึ่งในอนาคตข้อมูลนี้อาจถูกนำไปพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ หรือชิปรูปแบบใหม่ที่ทำงานด้วยความเร็วสูงสุดเท่าที่ธรรมชาติจะอนุญาต ซึ่งจะเร็วกว่าเทคโนโลยีปัจจุบันที่เราใช้กันอยู่ถึงหลายแสนเท่าเลยทีเดียว