ความสนใจในการแสดงภาพทางวิทยาศาสตร์ของฉันเริ่มขึ้นเมื่อฉันยังเป็นนักศึกษาระดับปริญญาตรีที่มหาวิทยาลัยคาลการีและได้ดูภาพยนตร์เรื่อง “Powers of 10” เป็นครั้งแรก ภาพยนตร์เรื่องนี้เริ่มต้นและจบลงด้วยภาพของชายคนหนึ่งที่หลับใหลขณะปิกนิก ในระหว่างฉากแรกและฉากสุดท้าย เราซูมออกจากปิกนิกไปยังพื้นที่อันกว้างใหญ่ เปลี่ยนมาตราส่วนระยะทางแบบก้าวกระโดดด้วยพลัง 10 หลัง
จากถึงขนาด
ของเอกภพที่สังเกตได้ที่ 10 24 ม. มุมมองจะซูม กลับ ไปที่ปิกนิกเกอร์และในมือของเขา ในที่สุดก็มุ่งลงไปที่ระดับของนิวเคลียสของคาร์บอนเดี่ยวที่ระดับ 10 –16 ม. ฉากจากภาพยนตร์เรื่องนี้ฝังอยู่ในใจฉันราวกับเป็นความทรงจำที่สดใส ฉันจำได้ว่าคิดเกี่ยวกับการปรับขนาดในธรรมชาติเป็นเวลาหลายสัปดาห์
กลับกลายเป็นว่ามีบทบาทสำคัญในการผลักดันฟิสิกส์ควอนตัมไปสู่วุฒิภาวะดังที่แสดงโดยเรื่องราวกึ่งโศกนาฏกรรมที่มีอิทธิพล เรื่องแมวในกล่อง “กล้องจุลทรรศน์” ของแวร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์กเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งที่มีชื่อเสียง“กล้องจุลทรรศน์” ของไฮเซนเบิร์กถูกเรียกใช้งานครั้งแรกในเอกสารตั้งแต่ปี 1927
เพื่ออธิบายหลักการความไม่แน่นอนที่มีชื่อเดียวกันของเขา ไฮเซนเบิร์กพิจารณาถึงการติดตั้งกล้องจุลทรรศน์รังสีแกมมาแบบง่ายๆ ซึ่งสามารถตรวจจับตำแหน่งของอิเล็กตรอนได้อย่างแม่นยำ โดยที่ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการรบกวนโมเมนตัมของมัน แม้ว่าจะไม่สามารถทำได้ในทางปฏิบัติ
แต่การเลือกใช้กล้องจุลทรรศน์รังสีแกมมาก็เหมาะสม เนื่องจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความยาวคลื่นสั้นเท่านั้นที่สามารถแก้ไขการเคลื่อนที่แบบอิเล็กทรอนิกส์ภายในอะตอมได้แอนิเมชั่นสั้นควอนตัมเมื่อห้าปีก่อน ฉันกลับไปที่คาลการีเพื่อจัดตั้งกลุ่มข้อมูลควอนตัมใหม่ในภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์
เพื่อเสริมกลุ่มคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอยู่ในภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ ในช่วงต้นของกระบวนการ กลุ่มของฉันเริ่มดึงดูดความสนใจของชุมชนมหาวิทยาลัยที่กว้างขึ้นและหน่วยงานด้านเงินทุนที่กระตือรือร้นที่จะเรียนรู้เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีข้อมูลควอนตัม เพื่อนร่วมงานของฉัน
และฉันเผชิญ
กับความท้าทายที่มีมาอย่างยาวนานในการสื่อสารองค์ประกอบที่สำคัญของฟิสิกส์ควอนตัมกับผู้ชมทั่วไป แรงบันดาลใจจากคุณค่าวิธีการอธิบายแนวคิดที่ยาก และตื่นตาตื่นใจกับพลังของแอนิเมชันที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว ผมเริ่มเชื่อว่าการรวมกันของทั้งสองจะเป็นแนวทางที่ดีที่สุดในการอธิบายธรรมชาติ
ของงานที่ท้าทายที่สุดในข้อมูลควอนตัมฉันเริ่มทดสอบแนวทางนี้ด้วยความช่วยเหลือจากนักเรียนของฉัน แอนิเมชั่นเรื่องแรกที่ทำร่วมกับผู้ช่วยของฉันในตอนนั้น รอล์ฟ ฮอร์น เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนย้ายด้วยควอนตัม เราเลือกสร้างแอนิเมชั่นของการเคลื่อนย้ายสถานะโพลาไรเซชันที่มีชื่อเสียงของโฟตอนเดียว
ไปยังโฟตอนอื่น ซึ่งแสดงครั้งแรกในปี 1997 r และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยอินส์บรุคในออสเตรีย สื่อต่างรายงานการทดลองในอินส์บรุคอย่างกว้างขวาง และแอนิเมชันเพื่ออธิบายโปรโตคอลที่มีชื่อเสียงนี้และการทำให้เป็นจริงในการทดลองนั้นดูเหมือนเป็นโอกาสที่ดีในการลองใช้แนวทางใหม่นี้
ในการแสดงภาพของเทคโนโลยีข้อมูลควอนตัมเริ่มแรกเราได้พัฒนาแอนิเมชันเวอร์ชัน “มือสมัครเล่น” ซึ่งจากนั้นเราได้แสดงให้อนิเมเตอร์มืออาชีพเห็นว่าเป็นการเสนอความร่วมมือที่เป็นไปได้ ความร่วมมือดังกล่าวเกิดขึ้นครั้งแรกในปี 2546 หลังจากไม่กี่ปีในการสร้างภาพยนตร์แอนิเมชันข้อมูลควอนตัม
พอร์ตโฟลิโอของฉันก็เป็นเช่นนั้น จนในที่สุดฉันก็ได้รับการสนับสนุนทางการเงินจำนวนมากสำหรับแอนิเมชันคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ล้ำสมัยคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นความพยายามแบบสหวิทยาการที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ซึ่งอุทิศให้กับการพัฒนาคอมพิวเตอร์ที่จะสามารถแก้ปัญหาที่เกินขอบเขตของคอมพิวเตอร์
แบบดั้งเดิม
เช่น การแยกตัวประกอบของตัวเลขจำนวนมาก เดิมพันสูงและผลลัพธ์ที่คาดหวังมาก ดังนั้นการระดมทุนจึงไม่ใช่เรื่องยากเหมือนในสาขาอื่น ๆ ของวิทยาศาสตร์ หลังจากนั้น สำหรับฉัน แอนิเมชันที่ยากจะลืมเลือนนี้ทำให้พลังของการสร้างภาพชัดเจนขึ้นในการถ่ายทอดแนวคิดเชิงนามธรรมทางวิทยาศาสตร์
คอมพิวเตอร์ควอนตัม: ภาพยนตร์ในการสร้างแอนิเมชั่น เราปรับวิธีการซูมเข้าและออกแบบ “ยกกำลัง 10” เพื่อแสดงคอมพิวเตอร์ในระดับต่างๆ เราต้องการเปิดเผยว่าคอมพิวเตอร์จะมีลักษณะอย่างไรต่อผู้ใช้ และส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์จะมีลักษณะอย่างไรหากแยกส่วน เราใช้คอมพิวเตอร์แบบไฮบริด
ที่ทำจากชิ้นส่วนควอนตัมและชิ้นส่วนคลาสสิก โดยแนะนำ “ชิปควอนตัม” ที่มีอยู่ใน “ชิปคลาสสิก” เราระมัดระวังที่จะแสดงความซับซ้อนทางเทคนิค เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นสำหรับการควบคุมชิปควอนตัม รวมถึงควอนตัมบิต (หรือคิวบิต) และประตูควอนตัมเอง วิธีการแบบหลายมาตราส่วน
การสร้างภาพสำหรับวิทยาศาสตร์หรือเทคโนโลยีจำเป็นต้องจัดการความสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างความถูกต้องทางวิทยาศาสตร์และความสวยงาม แท้จริงแล้ว การเจรจาระหว่างนักวิทยาศาสตร์และแอนิเมเตอร์อาจใช้เวลานานและเสียค่าใช้จ่ายมากกว่ากระบวนการแอนิเมชันเอง ทั้งทีมต้องหารือ
และตกลงเรื่องการแสดงภาพและเวลาก่อนที่จะสร้างแอนิเมชันคุณภาพระดับมืออาชีพ มิฉะนั้นแอนิเมชันที่มีค่าและใช้เวลานานจะต้องถูกทิ้งในควอนตัม-สารสนเทศศาสตร์ คิวบิตเป็นองค์ประกอบพื้นฐานทางตรรกะและคล้ายคลึงกับบิตหรือเลขฐานสองของคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม ข้อแตกต่างคือบิต
สามารถรับค่าเป็น 0 และ 1 ได้เท่านั้น แต่คิวบิตสามารถรับสถานะโลจิคัล 0 สถานะโลจิคัล 1 หรือการซ้อนทับใดๆ ของสิ่งนั้น ในทางฟิสิกส์ คิวบิตถือได้ว่าเป็นอนุภาคสปิน 1/2 เช่น อิเล็กตรอน โดยมีสถานะขึ้นและสถานะลงใช้การซูมเพื่อแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแนวคิดเหล่านี้
