'Salah Satu Misteri Mekanika Kuantum yang Nyata': Para Ahli Fisika Rancang Alat Ukur Baru

Terbuat dari apakah cahaya itu: gelombang atau partikel? Pertanyaan mendasar ini telah menarik perhatian para ahli fisika semenjak masa awal perkembangan sains. Mekanika kuantum memprediksi bahwa foton, partikel-pertikel cahaya, adalah partikel dan sekaligus gelombang. Melaporkan dalam majalah Science, para ahli fisika dari Universitas Bristol memberi sebuah demonstrasi baru tentang dualitas gelombang-partikel dari foton-foton, yang oleh pemenang Hadiah Nobel Richard Feynman disebu sebagai ‘sebuah misteri yang real dari mekanika kuantum’.

Sejarah sains ditandai dengan perdebatan yang intens antara teori partikel cahaya dan teori gelombang cahaya. Isaac Newton adalah advokat utama dari teori partikel, sedangkan James Clerk Maxwell dan teori elektromagnetisme-nya yang sangat berhasil, mendukung teori cahaya. Akan tetapi, segala sesuatunya berubah pada tahun 1905, ketika Einstein menunjukkan bahwa adalah memungkinkan untuk menjelaskan efek fotoelektrik (yang ketika itu menjadi misteri sepenuhnya) dengan menggunakan ide bahwa cahaya terbuat dari partikel: foton. Penemuan ini mempunyai dampak yang besar terhadap ilmu fisika, dan juga memberi kontribusi besar pada perkembangan mekanika kuantum—teori ilmiah yang paling akurat yang pernah dikembangkan.

Di samping keberhasilannya, mekanika kuantum mengandung sebuah tantangan yang besar  bagi intuisi kita sehari-hari. Memang, teori tersebut bisa memprediksi tingkah laku dari benda-benda kecil seperti atom dan foton dengan akurasi yang luar biasa. Akan tetapi, jika prediksi-prediksi ini diperhatikan lebih dekat, kita dipaksa mengakui bahwa prediksi-prediksi tersebut sangat bertentangan dengan intuisi kita. Sebagai contoh, teori kuantum memprediksi bahwa sebuah partikel (misalnya sebuah foton) bisa berada di beberapa tempat berbeda pada saat yang sama. Nyatanya, partikel tersebut bahkan bisa berada di banyak tempat hingga tak terbatas pada saat yang sama, yang sebenarnya merupakan fundamental bagi sistem-sistem kuantum.

Yang mengejutkan, ketika sebuah foton diobservasi, foton tersebut bertingkah laku baik sebagai sebuah partikel maupun sebagai sebuah gelombang sekaligus. Namun kedua aspek tersebut tidak pernah diobservasi secara simultan. Faktanya, tingkah laku yang ditunjukkannya tergantung pada tipe pengukuran (measurement) dengan mana foton tersebut di presentasikan. Fenomena yang mengherankan ini telah dinvestigasi secara eksperimental dalam beberapa tahun belakangan ini, dengan menggunakan perangkat measurement yang bisa diubah-ubah antara perangkat measurement yang menyerupai gelombang (wave-like) dan perangkat measurement yang menyerupai partikel (particle-like). 

Dalam sebuah paper yang diterbitkan dalam Science, para ahli fisika dari Universitas Bristol memberi sebuah kejutan baru terhadap ide-ide tersebut. Dr Alberto Peruzzo, Peter Shadbolt, dan Profesor Jeremy O’Brien dari Centre for Quantum Photonics bergabung dengan ahli teori kuantum Dr Nicholas Brunner dan Profesor Sandu Popescu merancang sebuah alat ukur yang baru yang bisa mengukur baik tingkah laku yang menyerupai partikel maupun tingkah laku yang menyerupai gelombang secara simultan. Perangkat baru ini ditenagai oleh quantum nonlocality, sebuah efek kuantum lain yang juga sangat kontra-intuitif.

Dr Peruzzo, peneliti pada Centre for Quantum Photonics, mengatakan: “Alat ukur tersebut mendeteksi adanya nonlocality yang kuat, yang menegaskan bahwa foton bertingkah laku secara simultan sebagai sebuah gelombang dan sekaligus sebagai sebuah partikel dalam percobaan kami. Model pengukuran ini dengan tegas menolak model pengukuran yang menganggap foton bisa merupakan sebuah gelombang atau sebuah partikel secara terpisah.

Professor O’Brien, Direktur Centre for Quantum Photonics, mengatakan: “Untuk melaksanakan penelitian ini, kami menggunakan sebuah chip kuantum fotonik, sebuah teknologi yang baru yang dirintis di Bristol. Chip tersebut bisa dikonfigurasi ulang sehingga bisa diprogram dan dikontrol untuk mengimplementasikan sirkuit-sirkuti yang berbeda-beda. Sekarang teknologi ini merupakan sebuah pendekatan yang terkemuka di dalam upaya untuk membuat komputer kuantum, dan di masa yang akan datang akan memungkinkan dilakukannya studi-studi baru yang lebih mutakhir tentang aspek-aspek fundamental dari fenomena kuantum. 

Sebuah prospektif yang menjanjikan untuk memecahkan misteri mekanika kuantum yang real. Stay tuned!

More information: A Quantum Delayed Choice Experiment, Peruzzo et al., Science, 2 November 2012. dx.doi.org10.1126/science.1226719

Journal reference: Science Provided by University of Bristol 

Read more at: http://phys.org/news/2012-11-real-mystery-quantum-mechanics-physicists.html#jCp

http://phys.org/news/2012-11-real-mystery-quantum-mechanics-physicists.html