Ion trap

Para peneliti “merekam” pengukuran kuantum

© Stockholm University

Fisika kuantum menggambarkan dunia dari atom-atom individual, sebuah dunia yang sangat berbeda dari pengalaman kita sehari-hari. Salah satu dari banyak aspek aneh namun mendasar dari mekanika kuantum adalah peran pengamat – mengukur keadaan sistem kuantum menyebabkannya berubah. Terlepas dari pentingnya proses pengukuran dalam teori, ia masih memiliki pertanyaan yang tidak terjawab: Apakah keadaan kuantum runtuh secara instan selama pengukuran? Jika tidak, berapa lama waktu yang diperlukan untuk proses pengukuran dan bagaimana keadaan kuantum sistem pada setiap langkah perantara?

Hasil percobaan diringkas dalam bentuk animasi GIF yang menunjukkan apa yang terjadi pada keadaan kuantum ion selama sepersejuta detik. Keadaan divisualisasikan menggunakan papan tiga dimensi. Ketinggian batang menunjukkan tingkat superposisi dari keadaan kuantum yang mungkin. Film ini menunjukkan bagaimana selama pengukuran beberapa superposisi hilang – dan bagaimana kehilangan ini bertahap – sementara yang lain dipertahankan sebagaimana seharusnya dalam pengukuran kuantum yang ideal.

Kolaborasi para peneliti dari Swedia, Jerman dan Spanyol telah menjawab pertanyaan-pertanyaan ini dengan menggunakan atom tunggal – ion strontium yang terperangkap dalam medan listrik. Pengukuran pada ion hanya berlangsung sepersejuta detik. Dengan membuat “film” yang terdiri dari gambar yang diambil pada waktu pengukuran yang berbeda, mereka menunjukkan bahwa perubahan keadaan terjadi secara bertahap di bawah pengaruh pengukuran.

Superposisi dipertahankan

Atom mengikuti hukum mekanika kuantum yang sering bertentangan dengan ekspektasi normal kita. Keadaan kuantum internal suatu atom dibentuk oleh keadaan elektron yang berputar di sekitar inti atom. Elektron dapat melingkar di sekitar inti dalam orbit yang dekat atau lebih jauh. Mekanika kuantum, juga memungkinkan keadaan superposisi, di mana elektron menempati kedua orbit sekaligus, tetapi masing-masing orbit hanya dengan beberapa probabilitas.

Setiap kali kita mengukur orbit elektron, jawaban pengukurannya adalah elektron berada di orbit yang lebih rendah atau lebih tinggi, tidak pernah ada sesuatu di antaranya. Ini benar bahkan ketika keadaan kuantum awal adalah superposisi dari kedua kemungkinan. Pengukuran dalam arti memaksa elektron untuk memutuskan di mana dari dua keadaan itu “, jelas Fabian Pokorny, peneliti di Department of Physics, Stockholm University.

“Film” menampilkan evolusi selama proses pengukuran. Gambar-gambar individual menunjukkan data tomografi di mana ketinggian bar mengungkapkan tingkat superposisi yang masih dipertahankan. Selama pengukuran beberapa superposisi hilang – dan kehilangan ini terjadi secara bertahap – sementara yang lain dipertahankan sebagaimana mestinya untuk pengukuran kuantum yang ideal.

Penting untuk komputer kuantum

“Temuan ini memberi cahaya baru pada kerja alam dan konsisten dengan prediksi fisika kuantum modern”, ucap Markus Hennrich, ketua kelompok tim di Stockholm.

Hasil ini juga penting melampaui teori kuantum fundamental. Pengukuran kuantum adalah bagian penting dari komputer kuantum. Kelompok di University of Stockholm sedang mengerjakan komputer berdasarkan ion yang terperangkap, di mana pengukuran digunakan untuk membacakan hasil pada akhir perhitungan kuantum.

Jurnal Referensi:

Fabian Pokorny, Chi Zhang, Gerard Higgins, Adán Cabello, Matthias Kleinmann, Markus Hennrich. Tracking the Dynamics of an Ideal Quantum Measurement. Physical Review Letters, 2020; 124 (8) DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.080401

Tautan ke artikel asli: Scientists “film” a quantum measurement / Stockholm University

Diterjemahkan oleh saintifia dengan seizin dari yang bersangkutan, segala kesalahan translasi menjadi tanggungjawab kami.