Sebuah tim peneliti dari Structured Light Laboratory di… Universitas WitwatersrandAfrika Selatan telah mencapai kemajuan signifikan dalam kaitannya dengan keterikatan kuantum.

Dipimpin oleh Profesor Andrew Forbes, bekerja sama dengan ilmuwan string terkenal Robert de Mello Koch, yang kini berada di Universitas Huzhou Di Tiongkok, tim berhasil mendemonstrasikan cara baru untuk memanipulasi partikel terjerat kuantum tanpa mengubah sifat intrinsiknya.

Prestasi ini mewakili langkah besar dalam pemahaman dan penerapan kita tentang keterjeratan kuantum.

Topologi dalam keterikatan kuantum

“Kami mencapai hal ini dengan menjerat dua foton identik dan menetapkan fungsi gelombang yang sama pada keduanya,” jelas Pedro Ornelas, mahasiswa master dan penulis utama studi tersebut. “Proses ini membuat struktur kolektif, atau topologi, menjadi jelas hanya jika keduanya dianggap sebagai sebuah entitas tunggal.”

Eksperimen ini berkisar pada konsep keterjeratan kuantum, yang disebut sebagai “aksi seram dari jarak jauh,” di mana partikel-partikel saling mempengaruhi keadaan satu sama lain, bahkan ketika dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh.

Topologi memainkan peran penting dalam konteks ini. Hal ini memastikan bahwa properti tertentu dipertahankan, seperti cangkir kopi dan donat yang secara topologi setara karena lubangnya yang tunggal dan tidak berubah.

“Foton-foton kita yang terjerat serupa,” jelas Profesor Forbes. “Keterikatan mereka fleksibel, namun beberapa properti tetap konstan.”

Studi ini secara khusus membahas topologi Skyrmion, sebuah konsep yang diperkenalkan oleh Tony Skyrmion pada tahun 1980-an. Dalam skenario ini, topologi mengacu pada properti umum yang tetap tidak berubah, seperti tekstur kain, tidak peduli bagaimana kain tersebut diperlakukan.

Penerapan keterikatan kuantum

Skyrmions, yang awalnya dipelajari dalam bahan magnetik, kristal cair, dan bahan optiknya, telah dipuji dalam fisika benda terkondensasi karena stabilitas dan potensinya dalam teknologi penyimpanan data.

“Kami bertujuan untuk mencapai efek transformatif serupa dengan skyrmion yang terjerat kuantum,” tambah Forbes. Berbeda dengan penelitian sebelumnya yang membatasi lokasi Skyrmions pada satu titik, penelitian ini menghadirkan perubahan paradigma.

Seperti yang dikatakan Ornelas: “Kami sekarang memahami bahwa topologi, yang secara tradisional dianggap lokal, sebenarnya bisa bersifat non-lokal, dibagi antara entitas yang terpisah secara spasial.”

Oleh karena itu, tim mengusulkan untuk menggunakan topologi sebagai sistem klasifikasi untuk keadaan terjerat. Ishaq Naib, salah satu peneliti, membandingkan hal ini dengan alfabet keadaan yang kusut.

“Sama seperti kita membedakan bidang dan donat berdasarkan lubangnya, skyrmion kuantum kita dapat diklasifikasikan berdasarkan fitur topologinya,” jelasnya.

Ide-ide kunci dan penelitian masa depan

Penemuan ini membuka pintu bagi protokol komunikasi kuantum baru, yang menggunakan topologi sebagai sarana pemrosesan informasi kuantum.

Protokol semacam itu dapat merevolusi cara informasi dikodekan dan dikirimkan dalam sistem kuantum, terutama dalam skenario di mana metode enkripsi tradisional gagal karena keterikatan yang minimal.

Intinya, pentingnya penelitian ini terletak pada kemungkinan penerapannya di lapangan. Selama beberapa dekade, mempertahankan negara-negara yang saling terhubung merupakan tantangan besar.

Temuan tim menunjukkan bahwa topologi dapat tetap utuh bahkan ketika keterjeratan meluruh, menyediakan mekanisme enkripsi baru untuk sistem kuantum.

Profesor Forbes menyimpulkan dengan pernyataan berwawasan ke depan, dengan mengatakan: “Kami sekarang siap untuk mendefinisikan protokol baru dan mengeksplorasi lanskap luas negara kuantum non-lokal, yang dapat merevolusi cara kami mendekati komunikasi kuantum dan pemrosesan informasi.”

Lebih lanjut tentang keterikatan kuantum

Seperti dibahas di atas, keterjeratan kuantum adalah fenomena yang menarik dan kompleks dalam dunia fisika kuantum.

Ini adalah proses fisik di mana pasangan atau kelompok partikel menciptakan, berinteraksi, atau berbagi kedekatan spasial sedemikian rupa sehingga keadaan kuantum setiap partikel tidak dapat dijelaskan secara independen dari keadaan partikel lainnya, bahkan ketika partikel-partikel tersebut dipisahkan oleh suatu jarak. jarak yang jauh. .

Penemuan dan konteks sejarah

Keterikatan kuantum pertama kali diteorikan pada tahun 1935 oleh Albert Einstein, Boris Podolsky, dan Nathan Rosen. Mereka mengusulkan paradoks Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), yang menantang kelengkapan mekanika kuantum.

Einstein dengan terkenal menyebut keterjeratan sebagai “aksi seram dari jarak jauh”, yang mengungkapkan ketidaknyamanannya terhadap gagasan bahwa partikel dapat saling mempengaruhi secara instan dalam jarak yang sangat jauh.

Prinsip keterikatan kuantum

Inti dari keterikatan kuantum adalah konsep superposisi. Dalam mekanika kuantum, partikel seperti elektron dan foton berada dalam keadaan superposisi, artinya mereka dapat berada dalam beberapa keadaan secara bersamaan.

Ketika dua partikel terjerat, mereka terhubung sedemikian rupa sehingga keadaan salah satu partikel (baik putaran, posisi, momentum, atau polarisasi) langsung berhubungan dengan keadaan partikel lainnya, tidak peduli seberapa jauh jaraknya.

Keterikatan kuantum dalam komputasi dan komunikasi

Keterikatan kuantum menantang gagasan klasik tentang hukum fisika. Hal ini menunjukkan bahwa informasi dapat dikirimkan lebih cepat daripada kecepatan cahaya, yang bertentangan dengan teori relativitas Einstein.

Namun, hal ini tidak berarti bahwa informasi yang dapat digunakan segera ditransfer, sehingga melanggar kausalitas; Sebaliknya, hal ini menyiratkan keterhubungan yang mengakar pada tingkat kuantum.

Salah satu penerapan keterjeratan kuantum yang paling menarik adalah di bidang komputasi kuantum. Komputer kuantum menggunakan keadaan terjerat untuk melakukan perhitungan kompleks dengan kecepatan yang tidak dapat dicapai oleh komputer klasik.

Dalam komunikasi kuantum, keterjeratan adalah kunci untuk mengembangkan sistem komunikasi yang sangat aman, seperti kriptografi kuantum dan distribusi kunci kuantum, yang secara teoritis kebal terhadap peretasan.

Validasi empiris dan penelitian terkini

Sejak awal teoritisnya, keterjeratan kuantum telah dibuktikan secara eksperimental beberapa kali, menggarisbawahi sifatnya yang aneh dan berlawanan dengan intuisi.

Yang paling terkenal adalah eksperimen uji Bell, yang memberikan bukti penting yang menentang teori variabel tersembunyi lokal dan mendukung mekanika kuantum.

Singkatnya, keterikatan kuantum, landasan mekanika kuantum, masih menjadi subjek penelitian dan perdebatan yang intens. Sifatnya yang membingungkan menantang pemahaman kita tentang dunia fisik dan membuka jalan bagi perkembangan teknologi yang berpotensi revolusioner.

Seiring kemajuan penelitian, kita mungkin menemukan lebih banyak penerapan praktis untuk fenomena aneh ini, sehingga mengungkap lebih banyak rahasia alam semesta kuantum.

Studi lengkapnya dipublikasikan di jurnal Fotonik alam.

—–

Suka dengan apa yang saya baca? Berlangganan buletin kami untuk mendapatkan artikel menarik, konten eksklusif, dan pembaruan terkini.

Kunjungi kami di EarthSnap, aplikasi gratis yang dipersembahkan oleh Eric Ralls dan Earth.com.

—–