Kecepatan keterikatan kuantum diukur untuk pertama kalinya

Dalam dunia fisika kuantum, berbagai peristiwa terjadi dengan kecepatan yang mencengangkan. Proses yang sebelumnya dianggap terjadi dalam sekejap, seperti keterjeratan kuantum, kini sedang diselidiki dalam sepersekian detik terkecil.

Ini seperti membekukan momen singkat untuk mengungkap detail kecil yang tersembunyi di depan mata.

Bekerja sama dengan tim peneliti dari Tiongkok, Profesor Joachim Burgdorfer dan rekannya dari Institut Fisika Teoritis Di TU Wien, kami mengukur momen-momen singkat ini untuk memahami bagaimana keterjeratan kuantum sebenarnya terjadi.

Para ilmuwan ini tidak fokus pada keberadaan keterjeratan kuantum, namun tertarik untuk mengetahui bagaimana hal itu dimulai – bagaimana sebenarnya dua partikel menjadi terjerat kuantum?

Memahami keterikatan kuantum

Dengan menggunakan simulasi komputer canggih, mereka dapat melihat sekilas proses yang terjadi dalam skala waktu attodetik – sepermiliar miliar detik.

Keterikatan kuantum adalah fenomena yang aneh dan menakjubkan di mana dua partikel menjadi begitu saling berhubungan sehingga mereka berbagi satu keadaan.

Ini seperti memiliki dua koin ajaib yang selalu terletak di sisi yang sama – balikkan satu, dan yang lainnya secara misterius akan menunjukkan hasil yang sama, meskipun jaraknya bermil-mil.

“Dapat dikatakan bahwa partikel-partikel tersebut tidak mempunyai sifat-sifat tersendiri, melainkan hanya sifat-sifat yang dimiliki bersama. Dari sudut pandang matematis, partikel-partikel tersebut memiliki ikatan yang kuat, meskipun mereka berada di tempat yang sangat berbeda,” jelas Profesor Burgdorfer.

Artinya, pengukuran suatu partikel secara instan mempengaruhi keadaan partikel lainnya, berapa pun jarak di antara keduanya.

Sederhananya, partikel-partikel yang terjerat berbagi koneksi yang memungkinkan mereka “berbicara” satu sama lain secara instan. Ukur satu partikel, dan Anda akan segera mengetahui sesuatu tentang pasangannya.

Perilaku aneh ini menantang pemahaman kita sehari-hari tentang cara kerja dunia, menjadikan keterjeratan sebagai salah satu konsep paling membingungkan dalam fisika kuantum.

Eksperimen laser dan elektron

Meskipun konsep keterjeratan kuantum tampaknya tidak dapat dipahami, namun hal ini tidak lagi menjadi topik perdebatan apakah benar atau tidak, dan bukan itu yang menjadi inti penelitian ini.

“Sebaliknya, kami tertarik pada hal lain, yaitu mencari tahu bagaimana keterjeratan ini berkembang, dan efek fisik apa yang berperan dalam skala waktu yang sangat singkat,” kata Profesor Eva Brezinova, salah satu peneliti. penulis penelitian. Postingan saat ini.

Untuk mengeksplorasi hal ini, tim mengamati atom yang terkena gelombang laser frekuensi tinggi yang intens. Bayangkan menyorotkan senter super kuat ke sebuah atom.

Salah satu elektron menjadi begitu tereksitasi sehingga terlepas dan terbang menjauh. Jika laser cukup kuat, elektron lain di dalam atom juga mengalami sentakan, berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi dan mengubah orbitnya di sekitar inti.

Jadi, setelah ledakan cahaya yang intens ini, satu elektron terputus dengan sendirinya, meninggalkan elektron lainnya tetapi tidak sama seperti sebelumnya.

“Kami dapat menunjukkan bahwa kedua elektron ini sekarang terjerat secara kuantum,” kata Profesor Burgdorfer. “Anda hanya dapat menganalisisnya bersama-sama, dan Anda dapat melakukan pengukuran pada satu elektron dan mengetahui sesuatu tentang elektron lainnya pada saat yang bersamaan.”

Ketika waktu menjadi kabur

Di sinilah segalanya menjadi sangat menarik. Sebuah elektron yang terbang menjauh tidak memiliki momen tertentu ketika ia meninggalkan atom.

Artinya, waktu lahirnya elektron yang terbang menjauh pada prinsipnya tidak diketahui. “Bisa dikatakan bahwa elektron itu sendiri tidak mengetahui kapan ia meninggalkan atom,” kata Profesor Burgdorfer.

Itu ada dalam apa yang disebut superposisi kuantum, yang berarti ia ada di banyak keadaan sekaligus.

Tapi masih ada lagi. Waktu elektron meninggalkannya berhubungan dengan keadaan energi elektron yang tertinggal.

Jika elektron yang tersisa memiliki energi yang lebih tinggi, kemungkinan besar elektron yang berangkat meninggalkannya lebih awal. Jika berada pada tingkat energi yang lebih rendah, elektron kemungkinan besar akan keluar lebih lambat — rata-rata setelah sekitar 232 attodetik.

Mengukur apa yang tidak bisa diukur

Satu totodetik sangat singkat sehingga di luar kemampuan kebanyakan orang untuk memahaminya. Namun, perbedaan kecil ini bukan hanya sekedar teori.

“Perbedaan ini tidak hanya dapat dihitung, namun juga diukur melalui eksperimen,” kata Profesor Burgdorfer.

Tim merancang protokol pengukuran yang menggabungkan dua sinar laser berbeda untuk menangkap waktu yang sulit dipahami ini.

Mereka sudah berkolaborasi dengan peneliti lain yang ingin menguji dan memantau keterikatan ultra-cepat ini di laboratorium.

Mengapa keterikatan kuantum penting?

Memahami bagaimana bentuk keterjeratan dapat berdampak besar pada teknologi kuantum seperti kriptografi dan komputasi.

Daripada hanya mencoba melestarikan keterjeratan, para ilmuwan kini dapat mempelajari awal mulanya. Hal ini mungkin mengarah pada cara-cara baru untuk mengendalikan sistem kuantum dan meningkatkan keamanan komunikasi kuantum.

Perjalanan tidak berhenti sampai di sini. Profesor Burgdorfer dan timnya sangat antusias dengan langkah selanjutnya.

“Kami sudah melakukan pembicaraan dengan tim peneliti yang ingin membuktikan keterikatan yang sangat cepat tersebut.”

Dengan melakukan eksplorasi dalam skala waktu yang sangat singkat ini, mereka tidak hanya mengamati efek kuantum, tetapi juga mendefinisikan ulang cara kita memahami struktur realitas.

Keterikatan kuantum dan masa depan

Jelas bahwa di dunia kuantum, momen terpendek sekalipun mengandung banyak informasi.

“Elektron tidak melompat begitu saja dari atom. Ini adalah gelombang yang datang dari atom, dan ini membutuhkan waktu tertentu,” jelas Eva Brezhenova.

“Justru pada tahap inilah keterjeratan terjadi,” ia menyimpulkan, “dan pengaruhnya kemudian dapat diukur secara tepat dengan memantau kedua elektron.”

Jadi, lain kali Anda berkedip, ingatlah bahwa dalam waktu kurang dari sepertriliun waktu, seluruh peristiwa kuantum terungkap, mengungkap rahasia yang dapat mengubah masa depan teknologi dan pemahaman kita tentang alam semesta.

Studi lengkapnya dipublikasikan di jurnal Surat ulasan fisik.

—–

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.

—–