Paul Klimov, seorang mahasiswa pascasarjana di Institut Teknik Molekuler, menyesuaikan intensitas sinar laser selama percobaan. Karena sinar laser berada dalam spektrum infra merah, maka tidak terlihat oleh mata manusia. Atas perkenan Grup Awschalom
Sebuah studi yang baru diterbitkan dari Didirikan pada tahun 1890, University of Chicago (UChicago, U of C, atau Chicago) adalah universitas riset swasta di Chicago, Illinois. Terletak di kampus seluas 217 hektar di lingkungan Hyde Park Chicago, dekat Danau Michigan, sekolah ini memegang posisi sepuluh besar di berbagai peringkat nasional dan internasional. UChicago juga terkenal dengan sekolah profesionalnya: Sekolah Kedokteran Pritzker, Sekolah Bisnis Booth, Sekolah Hukum, Sekolah Administrasi Layanan Sosial, Sekolah Studi Kebijakan Publik Harris, Sekolah Divinity dan Sekolah Studi Liberal dan Profesional Berkelanjutan Graham, dan Sekolah Teknik Molekuler Pritzker.
University of Chicago dan Argonne National Laboratory menunjukkan bagaimana keterikatan makroskopik dapat dihasilkan pada suhu kamar dan dalam medan magnet kecil.
Belitan adalah salah satu fenomena paling aneh yang diramalkan oleh mekanika kuantum, teori yang mendasari sebagian besar fisika modern: Dikatakan bahwa dua partikel dapat terhubung secara tak terpisahkan sehingga keadaan satu partikel dapat langsung memengaruhi keadaan partikel lainnya—tidak peduli seberapa jauh terpisah mereka.
Seabad yang lalu, keterikatan menjadi pusat perdebatan teoretis yang intens, membuat para ilmuwan seperti Albert Einstein bingung. Saat ini, keterikatan diterima sebagai fakta alam dan secara aktif dieksplorasi sebagai sumber daya untuk teknologi masa depan termasuk komputer kuantum, jaringan komunikasi kuantum, dan sensor kuantum presisi tinggi.
Keterikatan juga merupakan salah satu fenomena alam yang paling sulit dipahami. Menghasilkan keterikatan antar partikel mengharuskan mereka memulai dalam keadaan yang sangat teratur, yang tidak disukai oleh termodinamika, proses yang mengatur interaksi antara panas dan bentuk energi lainnya. Ini menimbulkan tantangan yang sangat berat ketika mencoba mewujudkan keterikatan pada skala makroskopis, di antara sejumlah besar partikel.
“Dunia makroskopis yang biasa kita lihat tampak sangat rapi, tetapi benar-benar tidak teratur pada skala atom. Hukum termodinamika umumnya mencegah kita untuk mengamati fenomena kuantum dalam objek makroskopis,” kata Paul Klimov, seorang mahasiswa pascasarjana di Institute for Molecular Engineering dan penulis utama penelitian baru tentang keterikatan kuantum. Lembaga ini merupakan kemitraan antara UChicago dan Argonne National Laboratory.
Sebelumnya, para ilmuwan telah mengatasi penghalang termodinamika dan mencapai keterikatan makroskopis dalam padatan dan cairan dengan pergi ke suhu ultra-rendah (-270 derajat Skala Celcius, juga dikenal sebagai skala Celcius, adalah skala suhu yang dinamai astronom Swedia Anders Celsius. Dalam skala Celcius, 0 °C adalah titik beku air dan 100 °C adalah titik didih air pada tekanan 1 atm.
Celcius) dan menerapkan medan magnet yang sangat besar (1.000 kali lebih besar daripada kulkas biasa magnet) atau menggunakan reaksi kimia. Dalam Science Advances edisi 20 November, Klimov dan peneliti lain dalam kelompok Prof. David Awschalom di Institute for Molecular Engineering telah menunjukkan bahwa keterikatan makroskopik dapat dihasilkan pada suhu kamar dan dalam medan magnet kecil.
Para peneliti menggunakan sinar laser infra merah untuk mengatur (lebih disukai menyelaraskan) keadaan magnetik ribuan elektron dan nuklei dan kemudian gelombang elektromagnetik, serupa dengan yang digunakan untuk pencitraan resonansi magnetik (MRI) konvensional, untuk menjeratnya. Prosedur ini menyebabkan pasangan elektron dan nukleus dalam volume kubus makroskopik 40 mikrometer (volume sel darah merah) dari semikonduktor SiC menjadi terjerat.
“Kita tahu bahwa keadaan putaran inti atom yang terkait dengan cacat semikonduktor memiliki sifat kuantum yang sangat baik pada suhu kamar,” kata Awschalom, Profesor Keluarga Liew dalam Rekayasa Molekuler dan ilmuwan senior di Argonne. “Mereka koheren, berumur panjang, dan dapat dikontrol dengan fotonik dan elektronik. Mengingat ‘potongan-potongan’ kuantum ini, menciptakan keadaan kuantum yang terjerat tampak seperti tujuan yang dapat dicapai.”
Selain menjadi minat fisik mendasar, “kemampuan untuk menghasilkan keadaan terjerat yang kuat dalam semikonduktor tingkat elektronik pada kondisi ambien memiliki implikasi penting pada perangkat kuantum di masa depan,” kata Awschalom.
Dalam jangka pendek, teknik yang digunakan di sini dikombinasikan dengan perangkat canggih yang diaktifkan oleh protokol pembuatan perangkat SiC canggih dapat mengaktifkan sensor kuantum yang menggunakan keterikatan sebagai sumber daya untuk mengalahkan batas sensitivitas sensor tradisional (non-kuantum). Mengingat bahwa keterikatan bekerja pada kondisi sekitar dan SiC ramah lingkungan, penginderaan biologis di dalam organisme hidup adalah salah satu aplikasi yang sangat menarik.
“Kami sangat senang dengan pemeriksaan pencitraan resonansi magnetik yang ditingkatkan keterikatan, yang dapat memiliki aplikasi biomedis yang penting,” kata Abram Falk dari Pusat Penelitian Thomas J. Watson IBM dan rekan penulis temuan penelitian.
Dalam jangka panjang, bahkan dimungkinkan untuk beralih dari keadaan terjerat pada chip SiC yang sama ke keadaan terjerat di seluruh chip SiC yang jauh. Upaya semacam itu dapat difasilitasi oleh fenomena fisik yang memungkinkan keadaan kuantum makroskopik, berlawanan dengan keadaan kuantum tunggal (dalam atom tunggal), untuk berinteraksi sangat kuat satu sama lain, yang penting untuk menghasilkan keterikatan dengan tingkat keberhasilan yang tinggi. Keadaan terjerat jarak jauh seperti itu telah diusulkan untuk menyinkronkan satelit pemosisian global dan untuk mengkomunikasikan informasi dengan cara yang pada dasarnya dilindungi dari penyadap oleh hukum fisika.
Publikasi : Paul V. Klimov, et al., “Keterikatan kuantum pada kondisi ambien dalam ansambel putaran keadaan padat makroskopis,” <em>Kemajuan Sains</em> adalah jurnal ilmiah akses terbuka peer-review yang diterbitkan oleh American Association for the Advancement of Science (AAAS). Ini diluncurkan pada tahun 2015 dan mencakup berbagai topik dalam ilmu alam, termasuk biologi, kimia, ilmu bumi dan lingkungan, ilmu material, dan fisika.
Science Advances, 20 Nov 2015: Vol. 1, no. 10, e1501015; DOI: 10.1126/sciadv.1501015
