Keterikatan kuantum tetap menjadi salah satu bidang studi paling menantang bagi fisikawan modern. Digambarkan oleh Einstein sebagai "aksi seram di kejauhan", para ilmuwan telah lama berusaha mendamaikan bagaimana aspek mekanika kuantum ini dapat hidup berdampingan dengan mekanika klasik. Pada dasarnya, fakta bahwa dua partikel dapat dihubungkan jarak jauh melanggar aturan lokalitas dan realisme.
Secara formal, ini merupakan pelanggaran terhadap Bell's Ineqaulity, sebuah teori yang telah digunakan selama beberapa dekade untuk menunjukkan bahwa lokalitas dan realisme valid meskipun tidak konsisten dengan mekanika kuantum. Namun, dalam sebuah penelitian baru-baru ini, tim peneliti dari Universitas Ludwig-Maximilian (LMU) dan Institut Max Planck untuk Optik Quantum di Munich melakukan tes yang sekali lagi melanggar Ketidaksetaraan Bell dan membuktikan adanya keterjeratan.
Studi mereka, berjudul "Event-Ready Bell Test Menggunakan Atom Entangled Secara bersamaan Menutup Deteksi dan Lubang Lokalitas", baru-baru ini diterbitkan di Surat Tinjauan Fisik. Dipimpin oleh Wenjamin Rosenfeld, seorang fisikawan di LMU dan Institut Max Planck untuk Optik Quantum, tim berusaha untuk menguji Ketimpangan Bell dengan melibatkan dua partikel di kejauhan.
Bell's Inequality (dinamai sesuai dengan fisikawan Irlandia John Bell, yang mengusulkannya pada tahun 1964) pada dasarnya menyatakan bahwa sifat-sifat objek eksis terlepas dari pengamatan (realisme), dan tidak ada informasi atau pengaruh fisik yang dapat menyebar lebih cepat daripada kecepatan cahaya (lokalitas). Aturan-aturan ini dengan sempurna menggambarkan realitas yang kita alami setiap hari, di mana segala sesuatu berakar dalam ruang dan waktu tertentu dan eksis terlepas dari pengamat.
Namun, pada tingkat kuantum, segala sesuatu tampaknya tidak mengikuti aturan ini. Partikel-partikel tidak hanya dapat dihubungkan dengan cara-cara non-lokal dalam jarak besar (yaitu keterjeratan), tetapi sifat-sifat partikel ini tidak dapat ditentukan sampai mereka diukur. Dan sementara semua percobaan telah mengkonfirmasi bahwa prediksi mekanika kuantum benar, beberapa ilmuwan terus berpendapat bahwa ada celah yang memungkinkan untuk realisme lokal.
Untuk mengatasinya, tim Munich melakukan percobaan menggunakan dua laboratorium di LMU. Sementara lab pertama terletak di ruang bawah tanah departemen fisika, yang kedua terletak di ruang bawah tanah departemen ekonomi - sekitar 400 meter jauhnya. Di kedua laboratorium, tim menangkap atom rubidium tunggal dalam perangkap topikal dan kemudian mulai menarik mereka sampai mereka merilis satu foton.
Seperti yang dijelaskan Dr. Wenjamin Rosenfeld dalam siaran pers Max Planck Institute:
“Dua stasiun pengamat kami dioperasikan secara independen dan dilengkapi dengan sistem kontrol dan laser mereka sendiri. Karena jarak 400 meter antara laboratorium, komunikasi dari satu ke yang lain akan membutuhkan 1.328 nanodetik, yang jauh lebih banyak daripada durasi proses pengukuran. Jadi, tidak ada informasi tentang pengukuran di satu lab yang dapat digunakan di lab lain. Itulah cara kami menutup celah lokalitas. "
Setelah dua atom rubidium bersemangat sampai melepaskan foton, spin-state atom rubidium dan keadaan polarisasi foton secara efektif terjerat. Foton kemudian digabungkan menjadi serat optik dan dipandu ke set-up di mana mereka dibawa ke gangguan. Setelah melakukan pengukuran selama delapan hari, para ilmuwan dapat mengumpulkan sekitar 10.000 peristiwa untuk memeriksa tanda-tanda keterikatan.
Ini akan ditunjukkan oleh putaran dari dua atom rubidium yang terperangkap, yang akan menunjuk ke arah yang sama (atau ke arah yang berlawanan, tergantung pada jenis keterjeratan). Apa yang ditemukan tim Munich adalah bahwa untuk sebagian besar peristiwa, atom berada di negara yang sama (atau di negara bagian yang berlawanan), dan bahwa hanya ada enam penyimpangan yang konsisten dengan Bell's Inequality.
Hasil ini juga secara statistik lebih signifikan daripada yang diperoleh oleh tim fisikawan Belanda pada tahun 2015. Demi penelitian itu, tim Belanda melakukan percobaan menggunakan elektron dalam berlian di laboratorium yang berjarak 1,3 km. Pada akhirnya, hasil mereka (dan tes terbaru Bell's Ketimpangan) menunjukkan bahwa keterikatan kuantum adalah nyata, secara efektif menutup celah realisme lokal.
Seperti yang dijelaskan Wenjamin Rosenfeld, tes yang dilakukan oleh timnya juga melampaui eksperimen-eksperimen lain ini dengan mengatasi masalah besar lainnya. "Kami dapat menentukan keadaan spin atom sangat cepat dan sangat efisien," katanya. "Dengan demikian kami menutup celah potensial kedua: asumsi, bahwa pelanggaran yang diamati disebabkan oleh sampel pasangan atom yang terdeteksi yang tidak lengkap".
Dengan mendapatkan bukti pelanggaran Bell's Inequality, para ilmuwan tidak hanya membantu menyelesaikan ketidaksesuaian yang bertahan lama antara fisika klasik dan fisika kuantum. Mereka juga membuka pintu ke beberapa kemungkinan menarik. Sebagai contoh, selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah mengantisipasi pengembangan prosesor kuantum, yang mengandalkan keterjeratan untuk mensimulasikan nol dan kode biner.
Komputer yang mengandalkan mekanika kuantum akan secara eksponensial lebih cepat daripada mikroprosesor konvensional, dan akan mengantarkan era baru penelitian dan pengembangan. Prinsip yang sama telah diusulkan untuk keamanan dunia maya, di mana enkripsi kuantum akan digunakan untuk mengacak informasi, menjadikannya kebal terhadap peretas yang bergantung pada komputer konvensional.
Terakhir, tetapi tentu tidak kalah pentingnya, ada konsep Quantum Entanglement Communications, sebuah metode yang memungkinkan kita mengirimkan informasi lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Bayangkan kemungkinan untuk perjalanan luar angkasa dan eksplorasi jika kita tidak lagi terikat oleh batas-batas komunikasi relativistik!
Einstein tidak salah ketika dia mengkarakterisasi keterikatan kuantum sebagai “aksi seram”. Memang, sebagian besar implikasi dari fenomena ini masih menakutkan dan menarik bagi fisikawan. Tetapi semakin dekat kita untuk memahaminya, semakin dekat kita menuju pengembangan pemahaman tentang bagaimana semua kekuatan fisik yang diketahui dari Semesta cocok bersama - alias. sebuah Teori Segalanya!
