Photon Entanglement: Fenomena Kuantum yang Menakjubkan

Akhir-akhir ini kita dikejutkan dengan berita tentang pertautan foton atau photon entanglement yang dilakukan oleh para fisikawan dan peneliti di Universitas Glasgow, Scotlandia, Inggris. Photon entanglement adalah salah satu fenomena kuantum yang paling menarik dan misterius. Fenomena ini menunjukkan bahwa dua atau lebih foton dapat memiliki keadaan kuantum yang saling terkait, bahkan ketika mereka dipisahkan oleh jarak yang jauh. Hal ini menimbulkan efek yang tampaknya paradoks, seperti bahwa pengukuran sifat fisik seperti polarisasi, momentum, atau perputaran pada satu foton dapat mempengaruhi keadaan foton yang lain, tanpa adanya komunikasi antara keduanya. Fenomena ini disebut sebagai "tindakan jauh yang menyeramkan" oleh Albert Einstein, yang meragukan validitasnya.

Namun, banyak percobaan telah membuktikan bahwa photon entanglement adalah nyata, dan melanggar batas-batas yang ditetapkan oleh teori klasik tentang kausalitas dan realisme lokal. Photon entanglement memiliki banyak aplikasi potensial dalam bidang informasi kuantum, seperti komputasi kuantum, kriptografi kuantum, teleportasi kuantum, dan metrologi kuantum.

Apa itu Photon Entanglement?

Photon entanglement adalah fenomena yang terjadi ketika sekelompok foton dihasilkan, berinteraksi, atau berbagi kedekatan spasial sedemikian rupa sehingga keadaan kuantum dari setiap foton tidak dapat dijelaskan secara independen dari keadaan yang lain, termasuk ketika foton dipisahkan oleh jarak yang jauh. Keadaan kuantum adalah deskripsi matematis dari sifat-sifat fisik dari sebuah partikel, seperti posisi, momentum, polarisasi, dan spin. Keadaan kuantum juga menunjukkan probabilitas menemukan partikel dalam keadaan tertentu.

Photon entanglement menunjukkan bahwa dua foton yang terikat dapat saling mempengaruhi secara instan, bahkan ketika mereka berada di lokasi yang berbeda. Hal ini menimbulkan efek yang tampaknya paradoks, seperti bahwa pengukuran sifat fisik seperti polarisasi, momentum, atau spin pada satu foton dapat mempengaruhi keadaan foton yang lain, tanpa adanya komunikasi antara keduanya. Hal ini disebut sebagai "tindakan jauh yang menyeramkan" oleh Albert Einstein, yang meragukan validitas fenomena ini.

Namun, banyak percobaan telah membuktikan bahwa photon entanglement adalah nyata, dan melanggar batas-batas yang ditetapkan oleh teori klasik tentang kausalitas dan realisme lokal. Kausalitas adalah prinsip bahwa setiap peristiwa memiliki sebab yang mendahuluinya, dan realisme lokal adalah asumsi bahwa objek fisik memiliki sifat yang ditentukan secara lokal dan independen dari pengamat. Photon entanglement menunjukkan bahwa ada korelasi kuantum yang lebih kuat dari yang diizinkan oleh teori klasik, yang menantang pemahaman kita tentang alam semesta.

Bagaimana Cara Ilmuwan Menghasilkan dan Mengukur Photon Entanglement?

Untuk menghasilkan photon entanglement, ada beberapa metode yang dapat digunakan, seperti:

- Sumber cahaya spontan: Dalam metode ini, foton terikat dihasilkan dari proses emisi spontan dari atom atau molekul yang tereksitasi. Misalnya, dalam fosforesensi, elektron yang tereksitasi akan kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan dua foton yang terkait.

- Sumber cahaya terpompa: Dalam metode ini, foton terikat dihasilkan dari proses emisi terstimulasi oleh cahaya yang dipompa ke medium yang memiliki populasi terbalik. Misalnya, dalam laser, cahaya yang dipompa akan memicu emisi foton yang koheren dan terikat dari atom atau molekul yang tereksitasi.

- Sumber cahaya nonlinier: Dalam metode ini, foton terikat dihasilkan dari proses interaksi nonlinier antara cahaya dan medium yang memiliki kerentanan optik nonlinier. Misalnya, dalam konversi frekuensi parametrik, dua foton dari cahaya masukan akan dikonversi menjadi dua foton dengan frekuensi yang berbeda yang terkait.

Untuk mengukur photon entanglement, ada beberapa alat yang dapat digunakan, yaitu:

- Detektor foton: Alat ini dapat mendeteksi keberadaan dan jumlah foton yang melewati suatu titik. Detektor foton dapat digunakan untuk mengukur sifat-sifat foton seperti intensitas, frekuensi, dan waktu kedatangan.

- Polarimeter: Alat ini dapat mengukur polarisasi dari foton, yaitu arah getaran medan listriknya. Polarimeter dapat digunakan untuk mengukur sifat-sifat foton seperti polaritas, fase, dan elipsitas.

- Interferometer: Alat ini dapat menghasilkan pola interferensi dari dua atau lebih gelombang yang saling bertemu. Pola interferensi adalah pola yang terbentuk ketika gelombang saling menambah atau mengurangi amplitudo mereka. Dengan mengamati pola interferensi, kita dapat mengetahui informasi tentang sifat-sifat gelombang, seperti panjang gelombang, fase, dan polarisasi.

Apa Saja Implikasi dari Photon Entanglement?

Photon entanglement memiliki banyak implikasi bagi dunia fisika dan teknologi, seperti:

- Komputasi kuantum: Komputasi kuantum adalah paradigma komputasi yang menggunakan keadaan kuantum dari partikel sebagai unit informasi, yang disebut qubit. Qubit dapat memiliki dua keadaan dasar, 0 atau 1, atau kombinasi superposisi dari keduanya. Dengan menggunakan qubit yang terikat, kita dapat meningkatkan kecepatan dan efisiensi komputasi, serta memecahkan masalah yang sulit atau tidak mungkin dipecahkan oleh komputer klasik.

- Kriptografi kuantum: Kriptografi kuantum adalah ilmu yang menggunakan prinsip-prinsip mekanika kuantum untuk mengamankan komunikasi dan informasi. Dengan menggunakan foton yang terikat, kita dapat membuat sistem enkripsi dan dekripsi yang tidak dapat diretas atau diintip oleh pihak ketiga, karena setiap upaya untuk mengukur atau mengubah keadaan foton akan mengganggu korelasi kuantum dan mengungkapkan adanya penyusup.

- Teleportasi kuantum: Teleportasi kuantum adalah proses mentransfer keadaan kuantum dari sebuah partikel ke partikel lain yang berada di lokasi yang berbeda, tanpa mengirim partikel itu sendiri. Dengan menggunakan foton yang terikat, kita dapat mentransfer informasi kuantum antara dua titik yang jauh, tanpa kehilangan atau mengubah informasi tersebut, karena korelasi kuantum akan tetap terjaga.

- Metrologi kuantum: Metrologi kuantum adalah ilmu yang menggunakan keadaan kuantum untuk mengukur besaran fisik dengan presisi dan akurasi yang tinggi. Dengan menggunakan foton yang terikat, kita dapat meningkatkan sensitivitas dan resolusi pengukuran, serta mengurangi kesalahan dan gangguan yang disebabkan oleh faktor lingkungan.

Bagaimana Photon Entanglement Dapat Digambarkan Secara Visual?

Salah satu eksperimen yang berhasil menggambarkan photon entanglement secara visual adalah yang dilakukan oleh para fisikawan dari Universitas Glasgow, yang berhasil mengukur dan merekonstruksi fungsi gelombang dari dua foton terikat secara real-time. Fungsi gelombang adalah konsep matematis yang menggambarkan keadaan kuantum dari sebuah partikel, seperti posisi, momentum, polarisasi, dan perputaran. Fungsi gelombang juga menunjukkan probabilitas menemukan partikel dalam keadaan tertentu.

Dalam eksperimen tersebut, para fisikawan menggunakan alat pompa foton untuk menghasilkan dua foton yang terikat dengan polarisasi yang saling berlawanan. Kemudian, mereka menggunakan alat interferometer untuk mengukur polarisasi dari kedua foton secara bersamaan, dan merekonstruksi fungsi gelombang dari pasangan foton tersebut.

Hasilnya, mereka mendapatkan gambar yang menyerupai lambang atau simbolisme yin-yang, yang melambangkan keseimbangan antara dua kekuatan. Gambar ini menunjukkan bahwa dua foton yang terikat memiliki keadaan kuantum yang saling melengkapi, seperti konsep yin-yang dalam ajaran Daoisme . Gambar ini juga memberikan bukti visual dari fenomena yang sebelumnya sulit diamati dan dipahami.

Jika kita lihat gambar di awal artikel ini, kita dapat melihat dua gambar foton berdampingan. Di sebelah kiri adalah gambar yang ditransmisikan oleh alat pompa foton, di sebelah kanan adalah gambar yang direkonstruksi dari detail dalam pola interferensi foton terkait.

Penutup

Photon entanglement adalah salah satu fenomena kuantum yang paling menakjubkan. Fenomena ini menunjukkan bahwa dua atau lebih foton dapat memiliki keadaan kuantum yang saling terkait, bahkan ketika mereka dipisahkan oleh jarak yang jauh. Fenomena ini menimbulkan efek yang tampaknya paradoks, seperti bahwa pengukuran sifat fisik seperti polarisasi, momentum, atau perputaran pada satu foton dapat mempengaruhi keadaan foton yang lain, tanpa adanya komunikasi antara keduanya.

Peristiwa ini memiliki banyak implikasi bagi dunia fisika dan teknologi, seperti komputasi kuantum, kriptografi kuantum, teleportasi kuantum, dan metrologi kuantum. Photon entanglement juga dapat digambarkan secara visual, seperti yang dilakukan oleh para fisikawan dari Universitas Glasgow, yang berhasil mengukur dan merekonstruksi fungsi gelombang dari dua foton terikat secara real-time, dan mendapatkan gambar yang menyerupai lambang yin-yang, yang melambangkan keseimbangan antara dua kekuatan yang berlawanan. Semoga artikel ini dapat membantu Anda memahami lebih lanjut tentang photon entanglement, dan menginspirasi Anda untuk belajar lebih banyak tentang dunia kuantum yang menarik dan misterius.

Sumber:

• Quantum entanglement - Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_entanglement
• Keterkaitan kuantum - Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas, https://id.wikipedia.org/wiki/Keterkaitan_kuantum
• Apa yang dimaksud dengan 'quantum entanglement'? Seorang fisikawan menjelaskannya (theconversation.com), https://theconversation.com/apa-yang-dimaksud-dengan-quantum-entanglement-seorang-fisikawan-menjelaskannya-206776
• Scientists Capture Photographic Proof of Quantum Entanglement | Extremetech, https://www.extremetech.com/extreme/295013-scientists-capture-photographic-proof-of-quantum-entanglement
• University of Glasgow - University news - Archive of news - 2019 - July - Scientists unveil image of quantum entanglement, https://www.gla.ac.uk/news/archiveofnews/2019/july/headline_655958_en.html
• Physicists Visualize Quantum Yin-Yang in Entangled Light Experiment : ScienceAlert, https://www.sciencealert.com/physicists-visualize-quantum-yin-yang-in-entangled-light-experiment
• Yin-Yang? Researchers Capture The Mysterious Dance of Entangled Photons in Real-Time (thequantuminsider.com), https://thequantuminsider.com/2023/08/23/yin-yang-researchers-capture-the-mysterious-dance-of-entangled-photons-in-real-time/