Paradoks Dunia Kuantum Terkonfirmasi, Kini Pertama Kalinya Diukur

Nationalgeographic.co.id—Dunia kuantum telah sejak lama menjadi misteri bagi ilmu pengetahuan, dunia tempat probabilitas dengan banyak kemungkinan. Beberapa hal terkait, sementara yang lain tidak dan ini menjadi paradoks.

Misalkan Anda secara acak memilih seseorang dari kerumunan yang secara signifikan lebih tinggi dari rata-rata.

Dalam hal ini, ada kemungkinan besar mereka juga akan lebih berat dari rata-rata. Secara statistik, satu kuantitas juga mengandung beberapa informasi tentang kuantitas lainnya.

Bagaimana partikel kuantum berbagi informasi?

Dugaan aneh tentang informasi kuantum telah dikonfirmasi secara eksperimental di Technische Universität Wien.

Studi mereka telah diterbitkan di jurnal bergengsi nature physics dengan judul "Verification of the area law of mutual information in a quantum field simulator."

Menurut mereka, fisika kuantum memungkinkan hubungan yang lebih kuat antara kuantitas yang berbeda: partikel atau bagian yang berbeda dari sistem kuantum yang luas dapat "berbagi" sejumlah informasi.

Ada prediksi teoretis yang menarik tentang hal ini: yang mengejutkan, ukuran dari "informasi timbal balik" ini tidak bergantung pada ukuran sistem melainkan hanya pada permukaannya.

Masukan teoretis untuk percobaan dan interpretasinya berasal dari Max-Planck-Institut für Quantenoptik di Garching, FU Berlin, ETH Zürich dan University of New York.

Informasi kuantum: Terhubung lebih kuat daripada yang dimungkinkan oleh fisika klasik, menurut mereka.

"Mari kita bayangkan sebuah wadah gas di mana partikel-partikel kecil beterbangan dan berperilaku sangat klasik seperti bola kecil," kata Mohammadamin Tajik dari Pusat Sains dan Teknologi Kuantum Wina (VCQ) - Atominstitut dari TU Wien, penulis pertama saat ini publikasi.

"Jika sistem berada dalam kesetimbangan, maka partikel-partikel di area wadah yang berbeda tidak tahu apa-apa tentang satu sama lain. Seseorang dapat menganggap mereka sepenuhnya tidak bergantung satu sama lain. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa informasi timbal balik yang dibagikan kedua partikel ini adalah nol."

Namun, di dunia kuantum, segalanya berbeda: Jika partikel berperilaku secara kuantum, mungkin saja Anda tidak dapat lagi mempertimbangkannya secara independen satu sama lain. Mereka terhubung secara matematis.

Anda tidak dapat menggambarkan satu partikel secara bermakna tanpa mengatakan sesuatu tentang yang lain.

Fisikawan Mohammadamin Tajik mengatakan, sudah lama ada prediksi tentang dunia kuantum saling berbagi informasi. Hal itu antara subsistem yang berbeda dari sistem kuantum yang lain.

"Dalam gas kuantum seperti itu, informasi timbal balik yang dibagikan lebih besar dari nol, dan itu tidak bergantung pada ukuran subsistem—tetapi hanya pada permukaan batas luar subsistem."

Prediksi ini tampaknya aneh secara intuitif: Di dunia klasik, ini berbeda. Sebagai contoh, informasi yang terkandung dalam sebuah buku bergantung pada volumenya—tidak hanya pada luas sampul buku.

Namun, di dunia kuantum, informasi seringkali terkait erat dengan luas permukaan.

Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Prof. Jörg Schmiedmayer kini telah mengkonfirmasi untuk pertama kalinya.

Menurut mereka, informasi timbal balik dalam banyak sistem kuantum tubuh berskala dengan luas permukaan daripada dengan volume.

Untuk tujuan ini, mereka mempelajari awan atom ultra dingin. Partikel-partikel didinginkan tepat di atas suhu nol mutlak dan ditahan oleh chip atom.

Pada suhu yang sangat rendah, sifat kuantum partikel menjadi semakin penting.

Informasi semakin menyebar di dalam sistem, dan hubungan antara masing-masing bagian dari keseluruhan sistem menjadi semakin signifikan. Dalam hal ini, sistem dapat dijelaskan dengan teori medan kuantum.

"Eksperimen ini sangat menantang," kata Jörg Schmiedmayer. "Kami membutuhkan informasi lengkap tentang sistem kuantum kami, sebaik yang dimungkinkan oleh fisika kuantum. Untuk ini, kami telah mengembangkan teknik tomografi khusus," katanya.

Tomografi adalah teknik pencitraan berdasarkan penampang tertentu dalam metode analisis.

"Kami mendapatkan informasi yang kami butuhkan dengan mengganggu atom sedikit dan kemudian mengamati dinamika yang dihasilkan."

"Ini seperti melempar batu ke dalam kolam dan kemudian mendapatkan informasi tentang keadaan cairan dan kolam dari gelombang yang diakibatkannya."

Selama suhu sistem tidak mencapai nol mutlak (yang tidak mungkin), "informasi bersama" ini memiliki jangkauan terbatas.

Dalam fisika kuantum, ini terkait dengan "panjang koherensi"—hal ini menunjukkan jarak di mana partikel berperilaku serupa secara kuantum, dan dengan demikian mengetahui satu sama lain.

Baca Juga: Sains Terbaru: Distorsi Cahaya Sebenarnya Hanyalah Soal Perspektif

Baca Juga: Eksperimen Fisika Ini Bisa Mengubah Materi Jadi Tak Terlihat

 Baca Juga: Pertama Kalinya, Ilmuwan Menangkap 'Tarikan Kuantum' Antar Molekul Air

 Baca Juga: Hipotesa Simulasi, dari Filsafat hingga Teknologi Algoritma Fisika

“Ini juga menjelaskan mengapa berbagi informasi tidak penting dalam gas klasik,” kata Mohammadamin Tajik.

"Dalam sistem banyak benda klasik, koherensi menghilang; bisa dikatakan partikel tidak lagi tahu apa-apa tentang partikel tetangganya," ungkapnya.

Pengaruh suhu dan panjang koherensi informasi timbal balik juga dikonfirmasi dalam percobaan.

Informasi kuantum memainkan peran penting dalam banyak aplikasi teknis fisika kuantum saat ini.

Dengan demikian, hasil percobaan relevan dengan berbagai bidang penelitian—dari fisika keadaan padat hingga studi fisika kuantum tentang gravitasi.

PROMOTED CONTENT