EraAIdailyNews, 22 September 2026 — Salah satu ciri paling mengejutkan mekanika kuantum adalah kemampuan objek berada dalam beberapa keadaan sekaligus. Konsep itu biasa digambarkan melalui kucing Schrödinger, kucing hipotetis yang dianggap hidup dan mati sampai ia diamati. Meski eksperimen pemikiran tersebut fiktif, ilmuwan rutin menciptakan superposisi kuantum sungguhan di laboratorium. Atom, cahaya, bahkan gerak benda dapat ditempatkan pada beberapa keadaan kuantum sekaligus. Kemampuan menghasilkan dan mengendalikan keadaan itu sangat penting bagi teknologi seperti komputer kuantum dan jam superpresisi.
Contoh yang sudah lazim adalah bit kuantum atau qubit, yang dapat berada dalam kombinasi nol dan satu secara bersamaan. Namun sistem kuantum mampu berperilaku jauh melampaui dua keadaan saja. Osilator harmonik kuantum yang dapat menempati banyak tingkat energi menawarkan kemungkinan lebih kaya. Osilator ini menggambarkan beragam sistem fisik, termasuk cahaya, getaran, dan gerak partikel yang terperangkap. Ilmuwan memakainya untuk menciptakan berbagai jenis superposisi kuantum, salah satunya keadaan kucing ketika osilator berada dalam superposisi dua paket gelombang yang bergerak berlawanan arah.
Paket gelombang itu disebut keadaan koheren dan menjadi padanan kuantum terdekat bagi gerak klasik. Tim dari University of Oxford kini mendemonstrasikan keluarga superposisi kuantum yang sepenuhnya baru. Alih-alih menyusun keadaan mirip kucing dari paket gelombang keadaan koheren, peneliti mengembangkan teknik yang menggabungkan berbagai komponen kuantum yang sudah sangat nonklasik. Pada superposisi keadaan terperas, misalnya, ketidakpastian kuantum terdistribusi berbeda di setiap bagian keadaan.
Eksperimen itu bersandar pada gerak satu ion yang terperangkap. Ion terperangkap menyatukan dua sistem kuantum berbeda dalam satu platform. Keadaan internalnya berperilaku seperti qubit, sedangkan geraknya berperan sebagai osilator harmonik kuantum yang dapat menempati banyak keadaan gerak. Kombinasi itu membuat ion terperangkap sangat berguna untuk menciptakan keadaan kuantum di luar qubit konvensional.
Untuk menghasilkan keadaan baru tersebut, peneliti lebih dulu merekayasa interaksi yang membuat keadaan internal ion terbelit dengan berbagai kemungkinan keadaan geraknya. Mereka kemudian melakukan pengukuran kuantum di tengah sirkuit pada keadaan internal itu, sehingga gerak ion runtuh menjadi superposisi komponen nonklasik yang diinginkan. "Pendekatan ini memberi kami alat untuk memahat superposisi kuantum menjadi hampir semua bentuk," jelas penulis utama studi, Dr. Sebastian Saner dari Departemen Fisika University of Oxford.
Metode baru ini juga memberi tim kendali yang tinggi atas keadaan kuantum yang mereka hasilkan. Dengan menyesuaikan parameter eksperimen, mereka dapat memodifikasi ukuran relatif, orientasi, dan jarak antar komponen dalam superposisi. Fleksibilitas itu memungkinkan tim menciptakan berbagai keadaan kuantum gerak yang aneh menggunakan sistem ion terperangkap yang sama.
Peneliti kemudian merekonstruksi keadaan kuantum secara langsung. Pengukuran mereka mengungkapkan pola interferensi dan wilayah negatif Wigner — tanda-tanda jelas bahwa keadaan itu tidak dapat dijelaskan sebagai campuran klasik biasa. Pengamatan itu mengkonfirmasi bahwa eksperimen berhasil menghasilkan superposisi kuantum asli yang terdiri dari keadaan gerak yang sepenuhnya nonklasik.
Tim saat ini sedang bekerja sama dengan teoretikus untuk memahami seberapa "kuantum" keadaan yang baru saja mereka ciptakan. "Kami sangat termotivasi oleh reaksi kolega kami ketika kami menunjukkan apa yang kami ciptakan. Kami yakin kami masih baru menggaruk permukaan kemungkinan, baik untuk aplikasi praktis maupun untuk memahami keadaan ini pada tingkat lebih mendasar," ujar Dr. Raghavendra Srinivas (Departemen Fisika, University of Oxford), yang mengawasi pekerjaan itu.
Penelitian itu mengarah pada teknologi kuantum masa depan yang bergantung pada osilator kuantum selain hanya bit kuantum sederhana. Salah satu aplikasi yang paling menjanjikan adalah komputer kuantum. Keadaan-keadaan seperti itu mungkin lebih tahan terhadap kesalahan sambil juga mendukung strategi koreksi kesalahan yang lebih sederhana dan lebih efektif. Selain itu, mereka menyediakan platform eksperimental baru untuk menyelidiki salah satu pertanyaan terbesar dalam fisika: di mana batas antara dunia klasik yang kami alami dan realitas kuantum yang mengatur semuanya itu.
Kemampuan untuk menciptakan dan mengendalikan keadaan kuantum yang semakin kompleks ini membuka jalan bagi berbagai aplikasi praktis. Dalam komputer kuantum, misalnya, keadaan superposisi yang lebih kaya dapat meningkatkan kemampuan pemrosesan informasi. Sedangkan dalam teknologi pengukuran, keadaan nonklasik ini dapat meningkatkan ketelitian instrumen hingga batas kuantum. Selain itu, penelitian ini juga dapat membantu memahami lebih dalam tentang dasar-dasar mekanika kuantum itu sendiri.
Dalam dunia mikroskopik, di mana partikel berperilaku sangat berbeda dari apa yang kita lihat di dunia makroskopik, konsep superposisi kuantum menjadi sangat penting. Partikel seperti elektron dan foton dapat berada dalam keadaan yang disebut superposisi, di mana mereka terlihat seperti berada di beberapa tempat sekaligus. Ini adalah konsep yang sangat aneh bagi kita yang terbiasa dengan dunia yang terlihat dan dapat dirasakan.
Contoh paling terkenal dari superposisi kuantum adalah eksperimen ganda celah yang dilakukan oleh Thomas Young pada abad ke-19. Dalam eksperimen itu, cahaya yang dilewatkan melalui dua celah kecil akan membentuk pola interferensi yang khas. Pola ini menunjukkan bahwa cahaya tidak hanya berperilaku seperti partikel, tetapi juga seperti gelombang. Ini adalah bukti nyata bahwa cahaya dapat berada dalam keadaan superposisi, di mana ia terlihat seperti gelombang dan partikel secara bersamaan.
Dalam dunia kuantum, superposisi tidak hanya terbatas pada partikel seperti elektron dan foton. Bahkan objek makroskopik seperti atom dan molekul juga dapat berada dalam keadaan superposisi. Ini adalah salah satu dari banyak aspek yang membuat mekanika kuantum sangat menarik dan menantang. Dalam dunia ini, aturan-aturan yang kita kenal di dunia klasik sering kali tidak berlaku lagi.
Penelitian terbaru dari University of Oxford mengenai superposisi kuantum yang baru ini tidak hanya menambah pemahaman kita tentang dunia mikroskopik, tetapi juga memiliki implikasi yang luas bagi teknologi masa depan. Dengan kemampuan untuk menciptakan dan mengendalikan keadaan kuantum yang semakin kompleks, kita semakin dekat untuk memanfaatkan potensi penuh dari mekanika kuantum dalam berbagai aplikasi praktis.
Sumber: ScienceDaily, September 2026.
Tidak ada komentar
Posting Komentar