Quantum Startup เทคโนโลยีควอนตัมสู่ภาคอุตสาหกรรม

26 สิงหาคม 2563

 

โดย ดร.นิธิวดี ไทยเจริญ       

       ในปัจจุบัน การพัฒนาองค์ความรู้ทางควอนตัมได้เข้ามามีบทบาทต่อการขับเคลื่อนทางวิทยาศาสตร์เป็นอย่างมาก ทั่วโลกได้เล็งเห็นความสำคัญและแต่ละภาคส่วนต่างได้ทุ่มเงินเพื่อพัฒนางานวิจัยทางควอนตัม ในประเทศสหรัฐอเมริกา ได้มีการอนุมัติโครงการ Quantum Initiative ในปีพ.ศ. 2561  เพื่อสนับสนุนงานวิจัยรวมไปถึงการต่อยอดเทคโนโลยีทางควอนตัมเป็นระยะเวลาสิบปีเป็นจำนวนเงินกว่า 1.2 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ [1] ในทวีปยุโรปได้ริเริ่มโครงการ Quantum Technologies Flagship [2] ในปีพ.ศ. 2561 เช่นเดียวกันเพื่อกระตุ้นให้เกิดการต่อยอดเทคโนโลยีควอนตัมในห้องปฏิบัติการวิจัยให้ออกไปยังภาคอุตสาหกรรม โดยได้มีการวางแผนการสนับสนุนงานวิจัยเป็นระยะเวลาสิบปีและลงทุนด้วยเม็ดเงินกว่าหนึ่งพันล้านยูโร ในฝั่งประเทศจีนก็ไม่ได้น้อยหน้า ได้ทำการลงทุนกว่าหนึ่งหมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐฯ เพื่อสร้างศูนย์ทดลองด้านวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัมแห่งชาติ (National Laboratory for Quantum Information Science) ในปีพ.ศ. 2560 บนพื้นที่กว่า 200 ไร่ ทั้งยังมีโครงการทดลองควอนตัมระดับอวกาศ สำหรับเน้นพัฒนางานวิจัยเกี่ยวกับการสื่อสารทางควอนตัม [3] การลงทุนดังกล่าว มุ่งเน้นเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อขับเคลื่อนเศรษฐกิจ ยกระดับความปลอดภัยในเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการสื่อสาร ตลอดจนเพื่อรักษาความมั่นคงและความสามารถในการต่อรองระหว่างประเทศ

 

       ในการพัฒนาเทคโนโลยีทางควอนตัม จำเป็นต้องใช้องค์ความรู้ในสาขา Atomic Molecular and Optical (AMO) Physics ซึ่งได้มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง ตั้งแต่การค้นพบวิธีการกักและทำความเย็นอะตอมโดยใช้เลเซอร์ทำให้ปรากฏการณ์ทางควอนตัมต่าง ๆ ถูกนำมาแสดงให้เห็นอย่างเป็นรูปธรรมมากขึ้น ประกอบกับการพัฒนาเทคโนโลยีที่ควบคู่กัน ได้แก่ การพัฒนาเลเซอร์ให้มีกำลังสูงขึ้นในราคาที่ถูกลง การพัฒนาระบบสุญญากาศให้มีขนาดเล็กลงจากเดิม การพัฒนาระบบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง ระบบไฟฟ้าแรงสูง ระบบควบคุมทางวิศวกรรม รวมถึงการพัฒนาขีดความสามารถในการสร้าง semiconductor chip ทำให้การทดลองในสาขาดังกล่าวเกิดขึ้นทั่วโลกในราคาที่เอื้อมถึงได้ และสามารถใช้เทคโนโลยีดังกล่าวในการย่อขนาดชุดทดลองจากระบบสุญญากาศขนาดใหญ่ให้มีขนาดเล็กเพื่อนำไปใช้จริงนอกห้องทดลอง โดยเทคโนโลยีปัจจุบันนั้นสามารถนำมาใช้สร้างระบบชุดทดลองอะตอมเย็นเพื่อนำขึ้นไปบนสถานีอวกาศนานาชาติโดยองค์การ NASA ของประเทศสหรัฐอเมริกา สำหรับใช้ศึกษา Bose-Einstein Condensate (BEC) ซึ่งเป็นสสารสถานะที่ 5 ได้แล้ว [4, 5] ที่น่าสนใจไปกว่านั้นคือชุดทดลองดังกล่าวถูกผลิตโดยบริษัท Startup ชื่อ ColdQuanta ซึ่งมีความสามารถในการผลิต atom chip [รูปที่ 1 (a)] และระบบสุญญากาศที่มีขนาดกะทัดรัด [รูปที่ 1 (b)] โดยสามารถนำไปใช้ในการทำความเย็นให้อะตอมมีอุณหภูมิลดลงไปได้ถึงระดับนาโนเคลวินหรือต่ำกว่า [6] โดยที่นักวิจัยสามารถควบคุมชุดทดลองดังกล่าวได้จากบนภาคพื้นดิน

 

 

รูปที่ 1 (a) atom chip ผลิตโดยบริษัท ColdQuanta ใช้สำหรับสร้างกับดักแม่เหล็กเพื่อกักขังอะตอม (b) กระเปาะแก้วพร้อม atom chip สำหรับทำความเย็นและสร้างอะตอมให้อยู่ในสถานะ BEC (c) ภาพของ Christina Koch ผู้เป็นนักบินอวกาศขององค์การ NASA และเป็นวิศวกรการบินในภารกิจ Expedition 61 กำลังทำการซ่อมบำรุงชุดทดลอง Cold Atom Lab [ที่มารูป: (a) https://www.sciencemag.org/news/2017/09/coolest-science-ever-headed-space-station, (b) https://www.technologyreview.com/2020/06/11/1003263/scientists-made-bose-einstein-condensates-in-space-first-time-iss/, (c) https://www.businessinsider.com/nasa-astronauts-space-station-bizarre-form-of-matter-2020-6 ]

 

       จะเห็นได้ว่าการพัฒนาทางเทคโนโลยีเหล่านี้ทำให้การแข่งขันในการนำองค์ความรู้ทางควอนตัมไปใช้ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่ในบริษัทใหญ่ ๆ เท่านั้น แต่มีบริษัท startup จำนวนหนึ่ง ซึ่งได้ spin-off มาจากห้องทดลองแล้วมาเข้าร่วมลงแข่งขันในการสร้างเทคโนโลยีเพื่อผลิตนวัตกรรมทางควอนตัมเหล่านี้ด้วย โดยในตอนที่ผู้เขียนกำลังศึกษาระดับปริญญาเอก ณ University of Michigan, Ann Arbor ประเทศสหรัฐอเมริกา ผู้เขียนได้มีส่วนร่วมในการทำงานวิจัยชิ้นหนึ่ง  ซึ่งต่อมาได้ถูกนำไปต่อยอดในการสร้างบริษัท startup ซึ่งก่อตั้งโดยเพื่อนร่วมงานที่ทำวิจัยในแล็บเดียวกัน จึงอยากจะนำมาเล่าสู่กันฟังถึงประสบการณ์การทำงานวิจัยเพื่อนำผลงานวิจัยในห้องปฏิบัติการออกไปสู่ภาคอุตสาหกรรมในแบบที่ได้เกิดขึ้นจริงมาแล้ว

 

       ในขณะที่ผู้เขียนกำลังศึกษาระดับปริญญาเอก ผู้เขียนได้เน้นศึกษา Rydberg atoms หรืออะตอมในสถานะกระตุ้นขั้นสูง ซึ่งจะมีเลขควอนตัมหลัก (n) มากกว่า 10 โดยสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมถูกกระตุ้นให้อยู่ในสถานะดังกล่าวคือ valence electron ที่เป็นอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานนอกสุดของอะตอม จะมีโอกาสที่จะโคจรไกลจากนิวเคลียสของอะตอมมากขึ้นจากเดิม ส่งผลให้อะตอมดังกล่าวมีคุณสมบัติแบบ “สุดโต่ง” เช่น อะตอมจะมีอันตรกิริยาระหว่างกันที่แรงมากเมื่อเปรียบเทียบกับอะตอมในสถานะพื้น โดยนักวิจัยสามารถควบคุมแรงระหว่างอะตอมโดยการเปลี่ยนระยะห่างระหว่างอะตอมหรือกระตุ้นอะตอมให้มีค่า n ที่ต้องการ นอกจากนี้แล้ว นักวิจัยยังสามารถเลือกให้อันตรกิริยามีขนาดเท่ากันทุกทิศทาง (isotropic) หรือมีความแตกต่างในแต่ละทิศทาง (anisotropic) ก็ได้ ความสามารถในการควบคุมอันตรกิริยาดังกล่าวทำให้มีแนวคิดในการใช้ Rydberg atoms มาสร้างระบบจำลองสถานการณ์เชิงควอนตัม เพื่อจำลองปรากฏการณ์ต่าง ๆ ทางธรรมชาติ เช่น ใช้จำลองสถานะและการเปลี่ยนเฟสเชิงควอนตัมของสปินแม่เหล็ก [7] ใช้ศึกษาพลวัตของระบบสปินซึ่งอาจเป็นแบบสมดุลหรือไม่สมดุล (equilibrium or non-equilibrium dynamics) [8] การศึกษาสถานะขอบโทโพโลยี (topological edge state) [9] เป็นต้น

 

       นอกเหนือจากสมบัติข้างต้นแล้ว เนื่องจาก valence electron สามารถโคจรได้ไกลจากนิวเคลียสของอะตอมมาก อะตอมในสถานะกระตุ้นดังกล่าวจะมีค่า polarizability สูง (แปรผันกับ n7) นั่นคืออะตอมจะมีความไวต่อสนามไฟฟ้าจากภายนอกเพราะสนามไฟฟ้าจะเหนี่ยวนำให้อะตอมเกิดภาวะมีขั้ว ซึ่งจะสามารถเปลี่ยนแปลงขนาดของอันตรกิริยาระหว่างอะตอมได้ ดังนั้น ในการทดลองทั่วไปจะทำการสร้างสนามไฟฟ้าเพื่อหักล้างกับสนามไฟฟ้าที่ไม่ต้องการจากภายนอก โดยใช้ขั้วไฟฟ้าภายในระบบสุญญากาศ อย่างไรก็ดี ความไวต่อสนามไฟฟ้าดังกล่าวก็ได้นำมาสู่แนวคิดที่จะนำ Rydberg atoms มาใช้สำหรับวัดสนามไฟฟ้า

 

       ในปีพ.ศ. 2557 ได้มีนักวิจัยจาก National Institute of Standards and Technology (NIST) ติดต่อมายังอาจารย์ที่ปรึกษาของผู้เขียนว่ามีความสนใจที่จะใช้ Rydberg atoms มาทำเป็นเซ็นเซอร์เพื่อนำไปใช้ในการวัดสนามไฟฟ้า โดยได้บอกถึงปัญหาว่า เดิมทีแล้วการวัดความเข้มสนามไฟฟ้าจะใช้ตัวรับสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าหรือสายอากาศ (antenna) ซึ่งมีข้อจำกัดคือ ขนาดของตัวรับสัญญาณจะต้องมีขนาดจำเพาะกับความยาวคลื่นของสนามไฟฟ้าที่ต้องการวัด เพื่อให้ผู้อ่านเห็นภาพ ผู้เขียนจะขอยกตัวอย่างที่เห็นได้ทั่วไปคือเสารับสัญญาณโทรทัศน์ที่เห็นตามบ้าน [รูปที่ 2(a)] จะต้องมีขนาดจำเพาะกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ส่งสัญญาณ ซึ่งมักอยู่ในช่วงคลื่นความถี่สูงมาก (Very-High Frequency: VHF) หรือคลื่นความถี่สูงยิ่ง (Ultra-High Frequency: UHF) ซึ่งมีความยาวคลื่นในช่วง 10 เซนติเมตร - 10 เมตร ในขณะที่โทรศัพท์มือถือถูกออกแบบให้ใช้กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ในระดับ GHz โดยมีความยาวคลื่นในช่วงมิลลิเมตร (millimeter wave) ตัวรับสัญญาณของโทรศัพท์จึงสามารถถูกบรรจุลงในโทรศัพท์มือถือได้ [รูปที่ 2(b)] จะเห็นได้ว่าหากต้องการวัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่แตกต่างกัน ก็จำเป็นที่จะต้องทำการเปลี่ยนขนาดตัวรับสัญญาณให้เหมาะสม

 

 

รูปที่ 2 (a) เสาอากาศสำหรับรับสัญญาณโทรทัศน์เพื่อรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นในช่วง 10 เซนติเมตร - 10 เมตร (b) ตัวรับสัญญาณในโทรศัพท์มือถือเพื่อรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นในช่วงมิลลิเมตร [ที่มารูป: (a) https://www.advancedhomes.com.au/things-to-keep-in-mind-about-digital-tv-antennas/, (b) https://spectrum.ieee.org/telecom/wireless/building-smartphone-antennas-that-play-nice-together]

 

       ข้อจำกัดอีกประการของตัวรับสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือก่อนการนำตัวรับสัญญาณไปวัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นจะต้องทำการปรับเทียบ (calibrate) ให้ตัวรับสัญญาณอ่านค่าได้อย่างถูกต้องโดยการใช้แหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทราบค่าอีกทีหนึ่ง ได้มีการเปรียบเทียบว่าปัญหาดังกล่าวคล้ายกับปัญหาไก่เกิดก่อนไข่หรือไข่เกิดก่อนไก่ เหตุเพราะตัวรับสัญญาณจะอ่านค่าได้ถูกต้องก็ต่อเมื่อถูกปรับเทียบโดยแหล่งกำเนิดที่มีค่าถูกต้อง ซึ่งแหล่งกำเนิดดังกล่าวจะกำเนิดค่าที่ถูกต้องได้ ก็ต้องผ่านการวัดและเทียบค่าอีกทีหนึ่ง นอกจากนี้ ในระหว่างการวัดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นไปได้ที่ตัวรับสัญญาณจะสร้างสัญญาณมาซ้อนทับกับสัญญาณที่กำลังวัดอยู่ ส่งผลให้ค่าที่วัดได้มีความคลาดเคลื่อน ปัญหาเหล่านี้ถือเป็นข้อจำกัดที่ต้องได้รับการแก้ไข โดยทางนักวิจัยจาก NIST ได้ยกตัวอย่างว่า หากต้องการวัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่ต่าง ๆ ที่แผ่ออกมาจากวงจรไฟฟ้าเพื่อตรวจสอบการทำงานของวงจร จำเป็นจะต้องใช้เซ็นเซอร์ที่มีความแม่นยำและมีขนาดเล็กที่สามารถวัดคลื่นได้ในความถี่ช่วงกว้าง โดยอาจนำเซ็นเซอร์ดังกล่าวมาต่อกันเป็นแถวคล้ายกับตัวรับภาพในกล้องถ่ายภาพ เพื่อทำการตรวจวัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในเชิงพื้นที่ ซึ่งจะเป็นไปได้ยากหากยังคงใช้เทคโนโลยีของตัวรับสัญญาณแบบดั้งเดิม

 

       นี่จึงเป็นที่มาของแนวคิดที่จะนำ Rydberg atoms มาใช้วัดความเข้มของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทั้งนี้ เมื่อพิจารณาทฤษฎีแล้วพบว่านักวิจัยสามารถทำการทดลองโดยใช้กระเปาะแก้วที่บรรจุไอของอะตอมดังกล่าวในอุณหภูมิห้องได้โดยไม่ต้องทำความเย็นอะตอม นอกจากนี้ ข้อดีของการใช้อะตอมประการแรกคือ อะตอมจะสามารถถูกกระตุ้นให้เปลี่ยนระดับพลังงานได้ก็ต่อเมื่อได้รับพลังงานเท่ากับ transition energy ซึ่งก็คือพลังงานที่จำเพาะเจาะจงต่อการเปลี่ยนระดับพลังงานเท่านั้น โดยสำหรับ Rydberg atoms จะมี transition energy ที่แปรผกผันกับ n3 โดย Rydberg atoms ที่มีสถานะใกล้สถานะพื้นจะมี transition energy ในช่วง THz (1012 เฮิรตซ์) ในขณะที่ Rydberg atoms ที่มีค่า n สูงๆ จะมี transition energy ในช่วง GHz (109 เฮิรตซ์) นั่นแสดงให้เห็นว่าหากเรากระตุ้นให้อะตอมอยู่ในระดับพลังงานที่ต้องการแล้ว เราจะสามารถใช้อะตอมในการตรวจวัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ในช่วงความถี่ที่กว้างมาก ประการที่สองคือ เนื่องจาก  transition energy ของอะตอมเป็นค่าที่จำเพาะต่ออะตอมหนึ่งๆ ดังนั้น จึงไม่จำเป็นที่จะต้องทำการปรับเทียบก่อนที่จะใช้อะตอมในการวัดค่าสนามไฟฟ้าดังกล่าว โดยในเบื้องต้นจะเตรียมอะตอมโดยใช้เทคนิค Electromagnetically induced transparency (EIT) โดยการใช้เลเซอร์จำนวนสองชุดเรียก probe laser กับ coupling laser ที่มีความถี่จำเพาะกับการเปลี่ยนสถานะของอะตอม ยิงเข้าไปในกระเปาะแก้วที่บรรจุไอของอะตอมเพื่อกระตุ้นให้อะตอมอยู่ในสถานะกระตุ้นขั้นสูง [รูปที่ 3(a,b)]  โดยพบว่าเมื่อวัดความเข้มแสงของ probe laser เมื่อเปลี่ยนแปลงความถี่ของเลเซอร์ ณ ตำแหน่งที่อะตอมถูกกระตุ้นไปยังสถานะ Rydberg พอดี จะเกิดสัญญาณ EIT signal ดังรูปที่ 3(c) และพบว่าเมื่อทำการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปยังอะตอมในสถานะดังกล่าวจะทำให้ EIT signal เกิดการแยกตัวออกมาเป็น 2 peak ดังรูปที่ 3(d) เรียกปรากฏการณ์ดังกล่าวว่า Autler-Townes (AT) splitting โดยที่ระยะห่างระหว่าง peak จะแปรผันกับความเข้มของสนามไฟฟ้า

 

 

รูปที่ 3 (a) ภาพแสดงชุดทดลองสำหรับวัดสนามไฟฟ้าโดยใช้เลเซอร์ความยาวคลื่น 780 nm และ 480 nm เพื่อใช้วัดสนามไฟฟ้าที่กำเนิดจากแหล่งกำเนิดคลื่นไมโครเวฟ  (b) ระดับพลังงานของอะตอมในสถานะพื้น (5S1/2) และสถานะกระตุ้นต่าง ๆ สำหรับใช้ในการวัดสนามไฟฟ้า (c) EIT signal ที่ได้จากการวัดความเข้มแสงของ probe laser (d) EIT signal (RF off) เมื่อไม่มีสนามไฟฟ้า และ Autler-Townes splitting (RF on) ที่เกิดขึ้นเมื่อจ่ายสนามไฟฟ้าเข้าไปยังชุดทดลอง ที่มารูป: (a), (b): D. A. Anderson, et al. Phys. Rev. A 90, 043419 (2014) [10] (c), (d): Christopher L. Holloway, et al, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 62, 12 (2014) [11]

 

       หลังจากทำการพูดคุยตกลงเกี่ยวกับแผนการทดลอง นักวิจัยจาก NIST ได้เดินทางมาร่วมทำการทดลองที่มหาวิทยาลัยเป็นเวลา 1 สัปดาห์ ในช่วงเวลานั้นถือเป็นช่วงที่น่าประทับใจสำหรับผู้เขียน เพราะสมาชิกในห้องปฏิบัติการเกือบทั้งหมดได้มาช่วยกันออกแบบและวางแผนการทดลองร่วมกับนักวิจัยจาก NIST มีการแบ่งหน้าที่ทำการคำนวณเพื่อหาระดับพลังงานของอะตอมที่เหมาะสมในการวัดค่าสนามไฟฟ้า เขียนโปรแกรมออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อทำการควบคุมชุดทดลอง เขียนโปรแกรมเพื่อเก็บข้อมูลและแปลผลการทดลอง งานที่ร่วมกันทำใน 1 สัปดาห์ ได้ผลผลิตออกมาเป็นผลงานตีพิมพ์ จำนวน 5 ฉบับ และสิทธิบัตรจำนวน 1 ฉบับ โดยในขั้นตอนการจดสิทธิบัตรนั้น ฝ่ายกฎหมายของมหาวิทยาลัยได้เข้ามาช่วยเหลือเพื่อให้กระบวนการเป็นไปอย่างราบรื่น โดยที่มหาวิทยาลัยได้ดำเนินการออกค่าใช้จ่ายให้ทั้งหมด [12] งานวิจัยดังกล่าวได้เป็นจุดริเริ่มให้เพื่อนร่วมงานของผู้เขียนรวมถึงอาจารย์ที่ปรึกษาของผู้เขียนร่วมกันก่อตั้งบริษัท Rydberg Technologies ในปีพ.ศ. 2558 โดยในช่วงเริ่มต้นได้ขอเงินลงทุนตั้งตัวจาก Small Business Innovation Research (SBIR) [13] เป็นจำนวนประมาณหนึ่งแสนห้าหมื่นดอลลาร์สหรัฐ และแหล่งทุนอื่น ๆ เช่น จากองค์การ NASA โดยที่ในช่วงแรกมหาวิทยาลัยอนุญาตให้ใช้พื้นที่และทรัพยากรของมหาวิทยาลัยในการผลิตผลงาน จนเมื่อบริษัทมีความพร้อมก็ได้แยกตัวออกมาในพื้นที่ของตนเอง (ในประเทศสหรัฐอเมริกาจะมีการสนับสนุนพื้นที่ทำวิจัยโดยเอกชนเพื่อรองรับบริษัทที่เกิดใหม่เหล่านี้โดยเฉพาะ โดยจะมีอาคารสำนักงานที่มีโครงสร้างพื้นฐานที่เหมาะกับการทำวิจัย และอาคารเหล่านี้จะคิดค่าเช่าพื้นที่ในราคาถูก ภายในอาคารจะมีบริษัท startup หลายๆ บริษัทเช่าพื้นที่อยู่ร่วมกัน) ตัวบริษัท Rydberg Technologies มุ่งเน้นพัฒนาเทคโนโลยีการวัดสนามไฟฟ้าโดยใช้ Rydberg atoms ตลอดจนผลิตผลงานวิจัยในสาขาที่เกี่ยวข้อง โดยผลงานที่เป็นที่น่าจับตามองและเป็นข่าวใหญ่ล่าสุดคือการนำอะตอมมาใช้เป็นตัวรับวิทยุในช่วงคลื่น AM และ FM  [14, 15] ดังรูปที่ 4

 

 

รูปที่ 4 (a) แผนผังการทำงานสำหรับการนำอะตอมมาใช้เป็นตัวรับวิทยุในช่วงคลื่น AM และ FM (b) EIT และ AT splitting เมื่อใช้อะตอมวัดสัญญาณวิทยุในช่วงคลื่น AM (c) EIT และ AT splitting เมื่อใช้อะตอมวัดสัญญาณวิทยุในช่วงคลื่น FM [ที่มารูป: David A. Anderson, et al. , IEEE Transactions on Antennas and Propagation (2020) [15]]

 

       จะเห็นได้ว่างานวิจัยในห้องปฏิบัติการในทางควอนตัมสามารถถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ แต่ทั้งนี้การสนับสนุนจากทางมหาวิทยาลัยหรือสถาบันวิจัยต้นสังกัดรวมถึงทุนเริ่มต้นที่มากพอเพื่อใช้ในการก่อตั้งบริษัทล้วนแล้วแต่เป็นสิ่งสำคัญที่ควรคำนึงถึง นอกจากนี้ ความชัดเจนของโจทย์วิจัยและความต้องการของภาคอุตสาหกรรม จะช่วยให้การผลิตงานวิจัยสามารถทำได้ตรงประเด็นและนำไปใช้ได้จริง จะเห็นได้ว่าในประเทศสหรัฐอเมริกาได้มีการเปิดโอกาสให้แต่ละสถาบันมีความร่วมมือกันและช่วยเหลือกันในการสร้างนวัตกรรม ได้มีการสร้างระบบและเปิดโอกาสให้บริษัทต่าง ๆ เขียนข้อเสนอเพื่อขอ seed grant ในการก่อตั้งบริษัทภายใต้เงื่อนเวลาที่เหมาะสมและเป็นไปได้จริง มหาวิทยาลัยอนุญาตให้ใช้พื้นที่ของมหาวิทยาลัยในการทำวิจัย และภาคเอกชนมีพื้นที่สำนักงานให้เช่าเพื่อการก่อตั้งบริษัทในระยะแรก เพื่อคาดหวังให้บริษัทที่เกิดใหม่สามารถตั้งตัวได้ นอกเหนือจากนี้แล้วบางบริษัทอาจใช้วิธีระดมทุนจากนักลงทุนหรือนำบริษัทเข้าสู่ตลาดหลักทรัพย์ได้เช่นเดียวกัน สิ่งเหล่านี้เป็นส่วนที่ช่วยสนับสนุนให้เกิดการพัฒนาและการแข่งขันทางเทคโนโลยี ซึ่งในที่สุดแล้วเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นก็จะมามีส่วนช่วยเหลือในการขับเคลื่อนทางเศรษฐกิจของประเทศต่อไป เมื่อหันกลับมามองประเทศไทยในปัจจุบันพบว่าได้มีการกระตุ้นให้งานวิจัยออกสู่ภาคอุตสาหกรรมซึ่งรวมไปถึงการสนับสนุนให้สร้างบริษัท startup จากงานวิจัยที่ทำกันในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ดี การกระตุ้นดังกล่าวเป็นเพียงแค่จุดเริ่มต้น แต่จุดที่สำคัญกว่าคือการออกแบบโครงสร้างการสนับสนุนที่จะทำให้บริษัทใหม่ ๆ ที่เกิดขึ้นมาแล้วนั้นสามารถอยู่ได้ด้วยตนเอง นอกจากนี้ การสร้างแผนงานดังกล่าวไม่ใช่เกี่ยวข้องเพียงบุคลากรฝ่ายวิชาการหรือฝ่ายวิจัยเท่านั้น แต่บุคลากรฝ่ายสนับสนุนของมหาวิทยาลัยหรือสถาบันวิจัยก็เป็นกำลังสำคัญและควรเตรียมความพร้อมที่จะปรับบทบาทหน้าที่เพื่อที่จะสนับสนุนให้นักวิจัยสามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ

 

เอกสารอ้างอิง

 

[1]

https://www.congress.gov/bill/115th-congress/house-bill/6227.

[2]

https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/policies/quantum-technologies-flagship.

[3]

Yin, J., Li, Y., Liao, S. et al. Entanglement-based secure quantum cryptography over 1,120 kilometres. Nature 582, 501–505 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2401-y.

[4]

https://www.technologyreview.com/2020/06/11/1003263/scientists-made-bose-einstein-condensates-in-space-first-time-iss/.

[5]

Aveline, D.C., Williams, J.R., Elliott, E.R. et al. Observation of Bose–Einstein condensates in an Earth-orbiting research lab. Nature 582, 193–197 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2346-1.

[6]

https://www.sciencemag.org/news/2017/09/coolest-science-ever-headed-space-station.

[7]

Rhine Samajdar, Wen Wei Ho, Hannes Pichler, Mikhail D. Lukin, and Subir Sachdev, "Complex Density Wave Orders and Quantum Phase Transitions in a Model of Square-Lattice Rydberg Atom Arrays," Phys. Rev. Lett. 124, 103601 (2020) DOI:https://doi.org/10.1103/.

[8]

Keesling, A., Omran, A., Levine, H. et al. Quantum Kibble–Zurek mechanism and critical dynamics on a programmable Rydberg simulator. Nature 568, 207–211 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1070-1.

[9]

Sylvain De Léséleuc, Vincent Lienhard, Pascal Scholl, et al., Observation of a symmetry-protected topological phase of interacting bosons with Rydberg atoms, Science 365, 775–780 (2019); DOI: 10.1126/science.aav9105.

[10]

D. A. Anderson, A. Schwarzkopf, S. A. Miller, N. Thaicharoen, G. Raithel, J. A. Gordon, and C. L. Holloway, Two-photon microwave transitions and strong-field effects in a room-temperature Rydberg-atom gas, Phys. Rev. A 90, 043419 (2014).

[11]

Christopher L. Holloway, Joshua A. Gordon, Steven Jefferts, Andrew Schwarzkopf, David A. Anderson, Stephanie A. Miller, Nithiwadee Thaicharoen, Georg Raithel, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 62, 12 (2014).

[12]

David A. Anderson, Georg A. Raithel, Christopher Holloway, Joshua Gordon, Andrew Schwarzkopf, Nithiwadee Thaicharoen, Stephanie A. Miller, Steven Jefferts, Atom-based electromagnetic radiation electric-field sensor, World Intellectual Property, WO2016205, 2016.

[13]

https://www.sbir.gov/.

[14]

https://www.technologyreview.com/2018/09/04/2124/get-ready-for-atomic-radio/.

[15]

David A. Anderson, Rachel E. Sapiro, Georg Raithel, An atomic receiver for AM and FM radio communication, IEEE Transactions on Antennas and Propagation (2020), doi: 10.1109/TAP.2020.2987112..

 

คำอธิบายศัพท์

 

Bose-Einstein Condensate: สถานะหนึ่งของสสารที่สามารถเกิดขึ้นได้นอกเหนือจากสถานะ ของแข็ง ของเหลว แก๊ส และพลาสมา สถานะดังกล่าวเกิดจากการทำความเย็นกลุ่มแก๊สของอะตอมประเภทโบซอนให้เข้าใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์ ทำให้กลุ่มแก๊สของอะตอมอยู่ในระดับพลังงานต่ำสุดเท่าที่เป็นไปได้ (การใช้คำว่า condensate หรือการควบแน่น ในที่นี้ใช้สำหรับอธิบายกรณีที่อะตอมทุกตัวตกลงมาในระดับพลังงานต่ำสุดพร้อมกัน) ทำให้ฟังก์ชันคลื่นของอะตอม (wave function) มีการซ้อนทับกัน และกลุ่มแก๊สอะตอมจะประพฤติตนราวกับว่าอะตอมแต่ละตัวเป็นอะตอมตัวเดียวกันโดยไม่สามารถแบ่งแยกได้

 

Rydberg atoms: อะตอมในสถานะกระตุ้นขั้นสูง อะตอมในสถานะดังกล่าวจะมีเลขควอนตัมหลัก (n) มากกว่า 10 ทำให้มีความสามารถในการถูกเหนี่ยวนำให้เกิดภาวะขั้วไฟฟ้าได้ง่าย (ค่า polarizability แปรผันกับ n7) มีอันตรกิริยาที่แรงเมื่อเทียบกับอะตอมในสถานะพื้น (อันตรกิริยาแปรผันกับ n4 หรือ n11 ขึ้นอยู่กับชนิดของอันตรกิริยา)

 

Polarizability: ความสามารถในการถูกเหนี่ยวนำให้เกิดภาวะขั้วไฟฟ้า

 

Vapor cell: กระเปาะแก้วที่ภายในบรรจุไอของสารที่ต้องการ

 

Transition energy: พลังงานที่ใช้ในการเปลี่ยนสถานะของอะตอมหรือโมเลกุล

 

Electromagnetically induced transparency (EIT): เทคนิคที่ทำให้ตัวกลาง (เช่น กลุ่มแก๊ส) มีความโปร่งใสหรือไม่ดูดกลืนพลังงานที่มีค่าจำเพาะต่อ transition frequency ทั้ง ๆ ที่ในภาวะปกติตัวกลางจะดูดกลืนพลังงานดังกล่าว สามารถทำได้โดยการใช้เลเซอร์สองชุด (หรืออาจเป็นแหล่งกำเนิดชนิดอื่นที่เป็นแหล่งกำเนิดแบบอาพันธ์) โดยเมื่อเลเซอร์ชุดแรก (probe laser) ถูกยิงเข้าไปในอะตอม อะตอมจะดูดกลืนเลเซอร์ดังกล่าว ทำให้ความเข้มแสงที่วัดได้ของเลเซอร์ชุดแรกมีค่าลดลง แต่เมื่อยิงเลเซอร์ชุดที่สอง (coupling laser) เข้าไปในอะตอม จะพบว่าความเข้มแสงที่วัดได้ของเลเซอร์ชุดแรกจะมีค่าใกล้เคียงหรือเท่ากับความเข้มเริ่มต้น คล้ายกับว่าเลเซอร์ชุดดังกล่าวไม่เคยผ่านกลุ่มอะตอมมาก่อน หรือเรียกได้ว่าอะตอมมีความโปร่งใสต่อแสงเลเซอร์ ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการแทรกสอดแบบหักล้างเชิงควอนตัมของอะตอม

 

Autler-Townes splitting: ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในระบบที่คล้ายคลึงกับ EIT แต่เกิดขึ้นเมื่อใช้สนามไฟฟ้ากำลังสูง จะทำให้สัญญาณ (เช่นความเข้มแสงของเลเซอร์ที่วัดได้หลังจากผ่านเลเซอร์เข้าไปในกลุ่มอะตอม) เกิดการแยกตัวออกเป็นสองสัญญาณที่มีระยะห่างแปรผันกับแอมพลิจูดของสนามไฟฟ้าดังกล่าว

 

ประวัติผู้เขียน

 

       ดร. นิธิวดี ไทยเจริญ จบการศึกษาระดับปริญญาตรีในปี พ.ศ. 2553 และปริญญาโทในปี พ.ศ. 2555 ด้วยรางวัลเกียรตินิยมอันดับหนึ่ง (เหรียญทอง) ในสาขาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ จากนั้นได้ไปศึกษาต่อ ณ ประเทศสหรัฐอเมริกา และได้รับปริญญาโทสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าและปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์จาก University of Michigan, Ann Arbor จบการศึกษาในปี พ.ศ. 2560 โดยได้รับทุนในระดับปริญญาตรีจนถึงปริญญาเอกจากโครงการพัฒนาและส่งเสริมผู้มีความสามารถพิเศษทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (พสวท.) หลังจากนั้นได้ทำงานเป็น Postdoctoral Research Fellows ณ Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg ประเทศสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนีเป็นระยะเวลา 2 ปี โดยได้รับคัดเลือกจากสหภาพยุโรปให้ได้รับทุนสนับสนุนงานวิจัยจากโครงการ Marie Skłodowska-Curie Actions

 

       ดร.นิธิวดี มีประสบการณ์กว่า 10 ปี ในสาขา Experimental Atomic, Molecular and Optical Physics โดยมีความเชี่ยวชาญในเรื่อง Rydberg atoms เน้นศึกษาพลวัตของอะตอม (many-body dynamics) และการควบคุมการดำเนินไปของระบบทางควอนตัมสำหรับใช้ในการจำลองปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ ทั้งยังมีความสนใจงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการจำลองสถานการณ์และการคำนวณเชิงควอนตัม การใช้อะตอมเป็นเครื่องมือวัดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า  เทคนิคการสร้างภาพจากอะตอม อัลกอริทึมสำหรับการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ และ machine learning  ดร.นิธิวดีมีประสบการณ์ในงานวิจัยทางทัศนศาสตร์เชิงควอนตัม การทำอะตอมเย็น เลเซอร์กำลังสูง ระบบไมโครเวฟ ระบบไฟฟ้าศักย์สูง การเขียนโปรแกรมควบคุมเชิงวิศวกรรม และการเขียนโปรแกรมเพื่อการคำนวณทางควอนตัม ปัจจุบัน (พ.ศ. 2563)  มีผลงานตีพิมพ์จำนวน 12 เรื่องและสิทธิบัตรจำนวน 1 ฉบับ โดยในปี พ.ศ. 2562 จนถึงปัจจุบัน ดร.นิธิวดีได้กลับมาปฏิบัติงานเป็นอาจารย์และนักวิจัยสังกัดโครงการจัดตั้งศูนย์วิจัยเทคโนโลยีควอนตัม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ติดต่อได้ทาง nithiwadee.t@cmu.ac.th

บทความย้อนหลัง

Quantum Startup เทคโนโลยีควอนตัมสู่ภาคอุตสาหกรรม


โควิด-19 กับบทบาทของฟิสิกส์


Geant4-DNA simulation of radiation effects in DNA on strand breaks from ultra-low-energy particles


เทคโนโลยีไฮโดรเจนและเซลล์เชื้อเพลิง: เทคโนโลยีพลังงานสะอาดและยั่งยืน


คอมพิวเตอร์ควอนตัม: นวัตกรรมสุดล้ำที่จะพลิกโฉมธุรกิจและสังคมทศวรรษหน้า


Transportation Revolution: The transition from fossil fuels to electricity for powering vehicles-advantages, issues, and other transportation options


S&T กับปาฏิหาริย์บนฝั่งแม่น้ำฮัน


การใช้ S&T พัฒนาเศรษฐกิจของชาติ: ตัวอย่างจากสิงคโปร์


มาถึงจุดนี้ได้อย่างไร?


การเป็นผู้นำตลาดของกระจกกอริลลา


เนเธอร์แลนด์กับเทคโนโลยีระดับโมเลกุลและนาโน


เบื้องหลังรางวัลจากการ R&D ผลึกเหลว


รถยนต์ไฟฟ้ากับระบบทำความเย็นแบบใหม่


เทคโนโลยีไมโครเวฟเพื่อชุมชนและ SME


ไมโครฟลูอิดิกส์...จากฟิสิกส์ของของไหลในท่อขนาดเล็กจิ๋วสู่นวัตกรรมการวินิจฉัยโรค


รางวัลนวัตกรรมยอดเยี่ยมประจำปี 2015 ของ IOP


บทเรียนจากการปฏิวัติอุตสาหกรรมการให้แสงสว่าง


รางวัลการประยุกต์ด้านฟิสิกส์เพื่ออุตสาหกรรม ประจำปี 2015


การทำงานด้านฟิสิกส์ : ทำไมไม่เลือกทั้งคู่


นักฟิสิกส์ที่ภาคอุตสาหกรรมต้องการ


รางวัล การประยุกต์ด้านฟิสิกส์เพื่ออุตสาหกรรม ประจำปี 2012 (Price for Industrial Applications of Physics)


รางวัล การประยุกต์ด้านฟิสิกส์เพื่ออุตสาหกรรม ประจำปี 2010 (Price for Industrial Applications of Physics)


บทความทั้งหมด