Profesor fisika di Niels Bohr Institute di Kopenhagen, salah satu pelopor teleportasi kuantum, Eugene Polzik, menjelaskan kepada RIA Novosti di mana batasnya adalah antara dunia "nyata" dan "kuantum", mengapa seseorang tidak dapat diteleportasi dan bagaimana ia berhasil menciptakan materi dengan "massa negatif".
Lima tahun lalu, timnya pertama kali menerapkan eksperimen untuk menteleportasikan bukan satu atom atau partikel cahaya, tetapi objek makroskopik.
Dia baru-baru ini mengetuai dewan penasehat internasional dari Pusat Kuantum Rusia (RQC), menggantikan Mikhail Lukin, pencipta salah satu komputer kuantum terbesar di dunia dan pemimpin dunia dalam komputasi kuantum. Menurut Profesor Polzik, dia akan fokus pada pengembangan dan realisasi potensi intelektual ilmuwan muda Rusia dan memperkuat partisipasi internasional dalam pekerjaan RCC.
“Eugene, akankah umat manusia dapat berteleportasi lebih dari satu partikel atau kumpulan atom atau objek makroskopis lainnya?
- Anda tidak tahu seberapa sering saya ditanyai pertanyaan ini - terima kasih karena tidak bertanya kepada saya apakah mungkin untuk meneleportasi seseorang. Secara umum, situasinya adalah sebagai berikut.
Alam semesta adalah objek raksasa, terjerat di tingkat kuantum. Masalahnya adalah kita tidak dapat "melihat" semua derajat kebebasan objek ini. Jika kita mengambil objek besar dalam sistem seperti itu dan mencoba untuk mempertimbangkannya, maka interaksi objek ini dengan bagian dunia lainnya akan menimbulkan apa yang disebut "keadaan campuran" di mana tidak ada belitan.
Prinsip yang disebut monogami beroperasi di dunia kuantum. Hal ini diungkapkan dalam fakta bahwa jika kita memiliki dua objek yang terjerat secara ideal, maka keduanya tidak dapat memiliki "hubungan tak terlihat" yang kuat dengan objek lain di dunia sekitarnya seperti dengan satu sama lain.
Eugene Polzik, profesor di Niels Bohr Institute di Kopenhagen dan kepala dewan penasihat internasional RCC. Foto: RCC.
Video promosi:
Kembali ke pertanyaan tentang teleportasi kuantum, ini berarti bahwa, pada prinsipnya, tidak ada yang mencegah kita untuk membingungkan dan menteleportasi objek seukuran setidaknya seluruh Semesta, tetapi dalam praktiknya, itu akan mencegah kita melihat semua koneksi ini pada saat yang bersamaan. Oleh karena itu, kita harus mengisolasi objek makro dari seluruh dunia ketika kita melakukan eksperimen semacam itu, dan membiarkannya berinteraksi hanya dengan objek yang "diperlukan".
Misalnya, dalam eksperimen kami, hal ini dapat dilakukan untuk awan yang mengandung satu triliun atom, karena fakta bahwa mereka berada dalam ruang hampa dan terperangkap dalam perangkap khusus yang mengisolasi mereka dari dunia luar. Kamera ini, omong-omong, dikembangkan di Rusia - di laboratorium Mikhail Balabas di Universitas Negeri St. Petersburg.
Kemudian kami beralih ke eksperimen pada objek yang lebih besar yang dapat dilihat dengan mata telanjang. Dan sekarang kami melakukan percobaan teleportasi getaran yang timbul pada selaput tipis yang terbuat dari bahan dielektrik berukuran milimeter demi milimeter.
Sekarang, di sisi lain, saya pribadi lebih tertarik pada bidang fisika kuantum lainnya, di mana, menurut saya, terobosan nyata akan terjadi dalam waktu dekat. Mereka pasti akan mengejutkan semua orang.
Dimana tepatnya?
- Kita semua tahu betul bahwa mekanika kuantum tidak memungkinkan kita mengetahui segala sesuatu yang terjadi di dunia sekitar kita. Karena prinsip ketidakpastian Heisenberg, kita tidak dapat secara bersamaan mengukur semua properti objek dengan akurasi setinggi mungkin. Dan dalam kasus ini, teleportasi berubah menjadi alat yang memungkinkan kita untuk melewati batasan ini, tidak mentransfer informasi parsial tentang keadaan objek, tetapi seluruh objek itu sendiri.
Hukum yang sama di dunia kuantum mencegah kita mengukur lintasan gerak atom, elektron, dan partikel lain secara akurat, karena kecepatan gerak atau posisinya dapat diketahui dengan tepat. Dalam praktiknya, ini berarti bahwa keakuratan semua jenis sensor tekanan, gerakan, dan percepatan dibatasi secara ketat oleh mekanika kuantum.
Baru-baru ini, kami menyadari bahwa ini tidak selalu terjadi: semuanya tergantung pada apa yang kami maksud dengan "kecepatan" dan "posisi". Misalnya, jika selama pengukuran seperti itu kita tidak menggunakan sistem koordinat klasik, tetapi sistem kuantumnya, maka masalah ini akan hilang.
Dengan kata lain, dalam sistem klasik, kami mencoba untuk menentukan posisi partikel tertentu relatif terhadap, secara kasar, meja, kursi atau titik acuan lainnya. Dalam sistem koordinat kuantum, nol akan menjadi objek kuantum lain yang berinteraksi dengan sistem yang kita minati.
Ternyata, mekanika kuantum memungkinkan untuk mengukur kedua parameter - baik kecepatan gerakan maupun lintasan - dengan akurasi yang sangat tinggi untuk kombinasi properti tertentu dari titik referensi. Kombinasi apa ini? Awan atom yang berfungsi sebagai nol dari sistem koordinat kuantum harus memiliki massa negatif efektif.
Kenyataannya, tentu saja, atom-atom ini tidak memiliki "masalah berat", tetapi mereka berperilaku seolah-olah memiliki massa negatif, karena fakta bahwa atom-atom ini terletak dengan cara khusus relatif satu sama lain dan berada di dalam medan magnet khusus. Dalam kasus kami, ini mengarah pada fakta bahwa percepatan partikel berkurang, tetapi tidak meningkatkan energinya, yang tidak masuk akal dari sudut pandang fisika nuklir klasik.
Ini membantu kita untuk menyingkirkan perubahan acak pada posisi partikel atau kecepatan pergerakannya yang terjadi saat kita mengukur propertinya dengan laser atau sumber foton lainnya. Jika kita menempatkan awan atom dengan "massa negatif" di jalur sinar ini, maka ia akan berinteraksi dengan mereka terlebih dahulu, lalu akan terbang melalui objek yang diteliti, gangguan acak ini saling menghilangkan, dan kita akan dapat mengukur semua parameter dengan akurasi tinggi yang tak terhingga.
Semua ini jauh dari teori - beberapa bulan yang lalu kami telah menguji ide-ide ini secara eksperimental dan menerbitkan hasilnya di jurnal Nature.
Apakah ada kegunaan praktis untuk ini?
- Setahun yang lalu, saya sudah mengatakan, berbicara di Moskow, bahwa prinsip serupa dari "menghilangkan" ketidakpastian kuantum dapat digunakan untuk meningkatkan akurasi kerja LIGO dan observatorium gravitasi lainnya.
Dulu itu hanya sebuah ide, tapi sekarang sudah mulai terbentuk. Kami sedang mengerjakan implementasinya bersama dengan salah satu pelopor pengukuran kuantum dan peserta dalam proyek LIGO, Profesor Farid Khalili dari RCC dan Universitas Negeri Moskow.
Tentu saja, kami tidak berbicara tentang memasang sistem seperti itu pada detektor itu sendiri - ini adalah proses yang sangat rumit dan memakan waktu, dan LIGO sendiri memiliki rencana yang tidak dapat kami masuki. Di sisi lain, mereka sudah tertarik dengan ide-ide kami dan siap mendengarkan kami lebih jauh.
Bagaimanapun, Anda harus terlebih dahulu membuat prototipe yang berfungsi dari instalasi semacam itu, yang akan menunjukkan bahwa kita benar-benar dapat melangkahi batas dalam akurasi pengukuran yang diberlakukan oleh prinsip ketidakpastian Heisenberg dan hukum dunia kuantum lainnya.
Kami akan melakukan percobaan pertama semacam ini pada interferometer sepuluh meter di Hanover, salinan LIGO yang lebih kecil. Kami sekarang merakit semua komponen yang diperlukan untuk sistem ini, termasuk tiang penyangga, sumber cahaya, dan awan atom. Jika kita berhasil, maka saya yakin rekan-rekan Amerika kita akan mendengarkan kita - belum ada cara lain untuk menyiasati batas kuantum.
Akankah para pendukung teori kuantum deterministik, yang percaya bahwa peluang tidak ada di dunia kuantum, menganggap eksperimen seperti itu sebagai bukti kebenaran ide mereka?
- Sejujurnya, saya tidak tahu apa yang mereka pikirkan tentang itu. Tahun depan kami akan menyelenggarakan konferensi di Kopenhagen tentang batas-batas antara fisika klasik dan kuantum serta masalah filosofis serupa, dan mereka dapat hadir jika mereka ingin mempresentasikan visi mereka tentang masalah ini.
Saya sendiri menganut interpretasi klasik Kopenhagen tentang mekanika kuantum, dan saya akui bahwa fungsi gelombang tidak terbatas ukurannya. Sejauh ini kami tidak melihat tanda-tanda bahwa ketentuannya dilanggar di suatu tempat atau bertentangan dengan praktik.
Laboratorium Optik Kuantum di Pusat Kuantum Rusia. Foto: RCC.
Dalam beberapa tahun terakhir, fisikawan telah melakukan tes yang tak terhitung jumlahnya atas ketidaksetaraan Bell dan paradoks Einstein-Podolski-Rosen, yang sepenuhnya mengesampingkan kemungkinan bahwa variabel tersembunyi atau hal-hal lain di luar lingkup teori kuantum klasik dapat mengatur perilaku objek di tingkat kuantum.
Misalnya, beberapa bulan yang lalu ada eksperimen lain yang menutup semua kemungkinan "lubang" dalam persamaan Bell yang digunakan oleh para pendukung teori variabel tersembunyi. Kita hanya dapat, untuk memparafrasekan Niels Bohr dan Richard Feynman, "diam dan bereksperimen": menurut saya kita seharusnya hanya menanyakan diri kita sendiri pertanyaan-pertanyaan yang dapat dijawab melalui eksperimen.
Jika kita kembali ke teleportasi kuantum - mengingat masalah yang Anda jelaskan: akankah ia menemukan aplikasi di komputer kuantum, satelit komunikasi, dan sistem lain?
- Saya yakin bahwa teknologi kuantum akan semakin banyak menembus sistem komunikasi, dan mereka akan dengan cepat memasuki kehidupan kita sehari-hari. Bagaimana tepatnya masih belum jelas - informasi, misalnya, dapat ditransmisikan baik melalui teleportasi maupun melalui jalur serat optik biasa menggunakan sistem distribusi kunci kuantum.
Memori kuantum, pada gilirannya, saya yakin, juga akan menjadi kenyataan setelah beberapa saat. Minimal, diperlukan untuk membuat repeater untuk sinyal dan sistem kuantum. Di sisi lain, sulit untuk memprediksi bagaimana dan kapan semua ini akan dilaksanakan.
Cepat atau lambat, teleportasi kuantum tidak akan menjadi eksotis, tetapi menjadi hal sehari-hari yang dapat digunakan semua orang. Tentu saja, kita tidak mungkin melihat proses ini, tetapi hasil kerjanya, termasuk jaringan transmisi data yang aman dan sistem komunikasi satelit, akan memainkan peran besar dalam kehidupan kita.
Seberapa jauh teknologi kuantum akan menembus ke bidang sains dan kehidupan lain yang tidak terkait dengan IT atau fisika?
- Ini adalah pertanyaan yang bagus, yang bahkan lebih sulit untuk dijawab. Ketika transistor pertama kali muncul, banyak ilmuwan percaya bahwa mereka hanya akan berguna dalam alat bantu dengar. Inilah yang terjadi, meskipun sekarang hanya sebagian kecil perangkat semikonduktor yang digunakan dengan cara ini.
Namun demikian, menurut saya terobosan kuantum memang akan terjadi, tetapi tidak di semua tempat. Misalnya, setiap gadget dan perangkat yang berinteraksi dengan lingkungan dan entah bagaimana mengukur propertinya pasti akan mencapai batas kuantum, yang telah kita bahas. Dan teknologi kami akan membantu mereka melewati batas ini, atau setidaknya meminimalkan gangguan.
Selain itu, kami telah memecahkan salah satu masalah ini menggunakan pendekatan "massa negatif" yang sama, meningkatkan sensor medan magnet kuantum. Perangkat semacam itu dapat menemukan aplikasi biomedis yang sangat spesifik - mereka dapat digunakan untuk memantau kerja jantung dan otak, menilai kemungkinan terkena serangan jantung dan masalah lainnya.
Rekan-rekan saya dari RCC melakukan hal serupa. Sekarang kita membahas bersama apa yang telah kita capai, mencoba menggabungkan pendekatan kita dan mendapatkan sesuatu yang lebih menarik.
