Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah berjuang untuk mengintip ke dalam “bagian dalam kuantum” benda padat untuk melihat apakah partikelnya benar-benar terjerat. Meskipun kita dapat memanipulasi partikel individu dalam ruang hampa terkendali atau komputer kuantum, mengamati keterjeratan kolektif dalam suatu materi fisik masih merupakan tujuan yang sulit dipahami.
Kini, tim peneliti yang dipimpin oleh Allen Scheie di Laboratorium Nasional Los Alamos telah mengembangkan metode inovatif untuk mengukur fenomena ini, yang berpotensi membuka babak baru dalam fisika fundamental dan pengembangan teknologi kuantum.
Tantangan “Melihat” Keterikatan
Keterikatan kuantum adalah fenomena di mana partikel-partikel menjadi sangat terikat sehingga keadaan suatu partikel langsung mempengaruhi keadaan partikel lainnya, berapapun jarak di antara mereka. “Aksi seram” ini adalah tulang punggung teknologi masa depan seperti jaringan komunikasi ultra-aman dan komputer kuantum yang kuat.
Hingga saat ini, para peneliti telah menggunakan Bell test untuk memastikan keterjeratan antar partikel tertentu, namun metode ini sulit untuk diterapkan pada keseluruhan material. Menentukan apakah suatu zat padat—seperti kristal atau logam—hampir mustahil untuk ditembus karena kerumitan materialnya sering kali menutupi hubungan kuantum.
Metode Neutron: Cara Baru Mengintip Ke Dalam
Terobosannya terletak pada penggunaan neutron sebagai pembawa pesan. Sejak tahun 1950-an, fisikawan telah mengetahui bahwa dengan menembakkan neutron ke suatu material dan menganalisis bagaimana neutron memantul atau melewatinya, mereka dapat mempelajari susunan partikel di dalamnya.
Scheie dan timnya telah menyempurnakan konsep ini untuk menghitung Quantum Fisher Information (QFI). Begini cara kerjanya:
1. Pemboman Neutron: Sampel material dilempari neutron.
2. Deteksi: Sifat-sifat neutron yang keluar dikumpulkan oleh detektor presisi tinggi.
3. Perhitungan: Dengan menganalisis data neutron, peneliti dapat menghitung QFI—nilai matematis yang menunjukkan jumlah minimum partikel dalam material yang harus terjerat untuk menghasilkan hasil spesifik tersebut.
Akurasi dan Keserbagunaan Terbukti
Tim menguji teknik mereka pada berbagai bahan magnetik, termasuk kristal terkenal yang terdiri dari kalium, tembaga, dan fluor. Untuk memastikan metode ini akurat, mereka membandingkan hasil eksperimen mereka dengan simulasi komputer mengenai struktur kuantum kristal.
“Ini adalah kesepakatan yang sangat erat antara kurva eksperimental dan teoritis,” kata anggota tim Pontus Laurell dari University of Missouri.
Yang membuat metode ini sangat revolusioner adalah ketahanannya :
– Tidak Diperlukan Model: Tidak seperti upaya sebelumnya, teknik ini berhasil meskipun para ilmuwan belum memiliki model matematika yang sempurna untuk materi tersebut.
– Toleransi terhadap Ketidaksempurnaan: Tetap efektif meskipun sampel materialnya bukan kristal yang “sempurna”, yang merupakan kenyataan umum di lingkungan laboratorium.
– Aplikasi Universal: Tim telah menetapkan cara yang andal dan dapat diterapkan secara umum untuk mengukur keterikatan yang dapat diterapkan pada berbagai macam material baru.
Mengapa Ini Penting untuk Masa Depan
Penemuan ini lebih dari sekedar kemenangan matematis; ini adalah alat praktis untuk teknologi generasi berikutnya. Saat para insinyur mencari material terbaik untuk membangun prosesor dan sensor kuantum, mereka memerlukan cara untuk memverifikasi apakah material tersebut benar-benar memiliki sifat kuantum yang diperlukan untuk pengoperasian.
Para peneliti kini bergerak menuju wilayah yang lebih kompleks: mengukur QFI selama transisi fase. Transisi fase adalah persamaan kuantum dengan perubahan air menjadi es. Pada titik kritis ini, model teoretis sering kali gagal, dan keterjeratan diperkirakan akan meningkat secara dramatis. Dengan menguji metode mereka di sini, tim berharap dapat mengungkap fenomena kuantum baru yang belum pernah diamati sebelumnya.
Kesimpulan
Dengan berhasil menggunakan hamburan neutron untuk mengukur Informasi Quantum Fisher, para peneliti telah menyediakan “termometer” yang andal untuk mengetahui keterjeratan dalam benda padat. Terobosan ini menyediakan perangkat penting yang diperlukan untuk mengeksplorasi material baru dan mempercepat transisi dari fisika kuantum teoretis ke teknologi kuantum fungsional.
