Bulan lalu, dua perkembangan menarik di bidang teknologi kuantum terjadi sekaligus: ilmuwan China memindahkan foton cahaya dari stasiun bumi ke satelit ruang angkasa dan konferensi tahunan para ahli terkemuka dalam fisika kuantum diadakan di Moskow. Business Insider mampu menangkap Dr. Eugene Polzik dari Niels Bohr Institute, salah satu ahli terkemuka dalam teleportasi kuantum, dan menanyainya tentang berbagai pertanyaan, termasuk kesuksesan luar biasa dari rekan-rekan China-nya.
“Teleportasi semacam ini telah dilakukan di laboratorium sejak 1997, tetapi para ilmuwan China telah berhasil mencapai efek teknologi yang menakjubkan ini pada jarak yang sangat jauh,” kata Polzik.
Pada tahun 2012, tim ilmuwan Eropa berhasil melakukan teleportasi foton antara dua Kepulauan Canary. Jarak antara perangkat pemancar dan penerima adalah 141 kilometer. Peneliti China berhasil memecahkan rekor ini pada bulan Juli, ketika mereka berhasil menteleportasikan foton pada jarak 500 kilometer.
Kami telah lama memimpikan teknologi seperti itu dari Star Trek, meskipun intuisi kami selalu mengatakan bahwa teleportasi pada dasarnya tidak mungkin. Namun, fisika dunia nyata kita, yang kita tinggali setiap hari, memiliki sedikit kemiripan dengan fisika dunia kuantum. Di sini, hukum batu yang jatuh dari permukaan tebing dan mengatur elektron dan foton cahaya sama sekali berbeda dari yang biasa kita lihat. Oleh karena itu, di dunia yang aneh ini, hampir semuanya mungkin, termasuk teleportasi. Bagaimana memahami semua ini? Kami mulai dengan keterjeratan kuantum.
Apa itu keterjeratan kuantum?
Kadang-kadang dua partikel kuantum berubah menjadi cermin. Apa pun yang terjadi pada salah satu partikel ini, hal yang sama akan terjadi pada partikel lainnya. Sekalipun mereka dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh. Mereka masih merupakan dua objek yang terpisah, tetapi mereka identik dalam segala hal. Ketika dua partikel berbagi keadaannya satu sama lain, maka partikel semacam itu disebut terjerat.
“Misalkan saya membuat sepasang foton terjerat,” jelas Polzik.
Video promosi:
“Saya menyimpan satu dan mengirim yang lain dengan laser ke satelit ruang angkasa yang mengorbit, berharap foton itu akan mencapai tujuannya. Teleportasi dapat dianggap berhasil hanya jika status keterjeratan dua foton dipisahkan antara stasiun pengirim dan penerima.
Kesulitan teknis utama dari proses teleportasi terletak pada transfer foton ke jarak tertentu dari partikel mitra yang terjerat. Dalam kasus percobaan China, satu foton berada di laboratorium di Bumi, dan yang kedua berhasil dikirim ke satelit yang mengorbit. Perubahan yang terjadi dengan foton di Bumi sebagai bagian dari manipulasi para ilmuwan juga telah memengaruhi foton di luar angkasa - ini adalah teleportasi kuantum dalam bentuknya yang paling murni.
Bagaimana memahami apakah satelit menerima foton yang diinginkan, dan bukan partikel cahaya acak?
Ini relatif mudah dilakukan, berkat proses yang disebut pemfilteran spektral. Ini memungkinkan para ilmuwan untuk mengidentifikasi dan melacak foton cahaya individu dengan memberi label mereka dengan nomor identifikasi unik.
“Anda tahu frekuensi foton yang Anda kirimkan, Anda tahu arahnya. Satelit ditujukan ke sumber pengiriman yang terletak di Bumi. Jika Anda memiliki peralatan optik yang sangat bagus di kedua sisi, maka optik ini hanya melihat sumbernya saja, tidak ada yang lain,”lanjut Polzik.
Metode penyaringan spektral tidak berbeda dengan "noise" dalam bentuk foton lainnya. Misalnya, dalam percobaan yang sama di Kepulauan Canary, transmisi dilakukan di bawah langit cerah yang cerah.
Ada transfer jutaan foton ke satelit, tapi hanya 900 yang mencapai tujuan Mengapa?
Semakin jauh Anda mencoba mengirim foton yang terjerat, semakin kurang efisien proses ini. Selain itu, atmosfer bumi terus bergerak, jadi mudah kehilangan foton dalam perjalanannya ke luar angkasa.
“Meskipun tidak ada atmosfer, Anda tetap perlu memfokuskan berkas cahaya agar diarahkan ke satelit. Jika Anda menyorotkan laser pointer ke telapak tangan, titik cahayanya akan kecil, tetapi jika Anda melepaskan laser, titik tersebut menjadi lebih besar - ini adalah hukum difraksi,”kata Polzik.
Dari tanah, cukup sulit bagi cahaya untuk menerobos ke luar angkasa (ke penerima optik yang dipasang pada satelit yang mengorbit). Ini banyak mendistorsi, jadi sebagian besar foton pergi ke mana-mana.
“Teleportasi yang sukses hanya dapat dicapai dalam waktu yang sangat singkat. Secara umum hal ini sangat tidak praktis, namun demikian, cara penggunaan teknologi ini dapat ditemukan,”lanjut Polzik.
Apakah Quantum Teleportation merupakan Kemampuan Transfer Data Instan?
Tidak juga. Objek yang dapat diteleportasi tidak menghilang dan kemudian muncul kembali di tempat lain. Ilmuwan menggunakan keterjeratan untuk mentransfer informasi tentang status kuantum dari satu foton ke foton lainnya. Tanpa informasi ini, foton harus secara fisik menutupi seluruh jarak antara pemancar dan penerima. Sekali lagi, informasi tidak dikirim secara instan. Ini hanya mungkin jika pengirim mengukur status kuantum fotonnya, dengan demikian mengubah status foton di penerima. Karena keterikatan kuantum, pada dasarnya satu foton "menjadi" foton lain.
Jadi untuk apa semua ini?
Teleportasi kuantum mampu membuktikan konsep kemungkinan menciptakan jaringan komunikasi dunia yang sangat aman. Seperti kunci yang membuka gembok, pesan yang dikirimkan melalui jaringan kuantum hanya akan menjangkau penerima yang memiliki foton yang terjerat dengan benar, yang memungkinkan pesan ini diterima dan dibaca.
Albert Einstein pernah menyebut keterjeratan kuantum sebagai "aksi jarak jauh yang menyeramkan," tetapi aksi jarak jauh itu adalah komponen fundamental yang membuat semuanya bekerja. Dan suatu hari nanti dia mungkin menjadi penggerak komunikasi aman kita di masa depan.
Nikolay Khizhnyak
