Eksperimen Nanopartikel “Gelap” Terobosan Akan Mengungkap Misteri Dunia Kuantum Makroskopis

Pembuatan manik-manik kaca berukuran nano menunjukkan efek kuantum pada skala makroskopis.

Perbedaan antara dunia biasa dan dunia kuantum masih bersifat ambigu. Ketika suatu objek bertambah besar ukurannya, lokalisasinya meningkat saat ia mengalami transformasi kuantum dengan mendinginkan gerakannya nol mutlak.

Para peneliti, yang dipimpin oleh Oriol Romero-Isart dari Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) dari Austrian Academy of Sciences (ÖAW) dan Departemen Fisika Teoretis di Universitas Innsbruck, mengusulkan eksperimen di mana nanopartikel bersifat optik. melayang, didinginkan hingga mencapai keadaan dasarnya, berevolusi dalam potensial non-optik (“gelap”) yang diciptakan oleh gaya elektrostatik atau magnet. Evolusi potensi gelap ini diharapkan menghasilkan keadaan superposisi kuantum makroskopis dengan cepat dan andal.

Mengatasi Tantangan dalam Eksperimen Kuantum

Sinar laser dapat mendinginkan a skala nanobola kaca disesuaikan dengan keadaan gerak dasarnya. Jika dibiarkan, dibombardir oleh molekul udara dan menghamburkan cahaya yang masuk, bola kaca akan cepat memanas dan meninggalkan rezim kuantum, sehingga membatasi kendali kuantum. Untuk menghindari hal ini, para peneliti mengusulkan untuk membiarkan bola berevolusi dalam kegelapan, dengan lampu dimatikan, dan hanya dipandu oleh gaya elektrostatis atau magnet yang tidak seragam. Evolusi ini tidak hanya cukup cepat untuk mencegah pemanasan oleh molekul gas yang menyimpang tetapi juga menghilangkan lokalisasi ekstrem dan mencetak fitur kuantum yang jelas.

Mengatasi Tantangan Praktis dan Prospek Masa Depan

Makalah terbaru di Surat Tinjauan Fisik juga membahas bagaimana proposal ini menghindari tantangan praktis dari eksperimen semacam ini. Tantangan-tantangan ini mencakup kebutuhan untuk menjalankan eksperimen dengan cepat, penggunaan sinar laser yang minimal untuk menghindari dekoherensi, dan kemampuan untuk mengulangi eksperimen yang dijalankan dengan cepat dengan partikel yang sama. Pertimbangan ini sangat penting dalam memitigasi dampak kebisingan frekuensi rendah dan kesalahan sistematis lainnya.

Proposal ini telah dibahas secara luas dengan mitra eksperimental di Q-Xtreme, sebuah proyek Hibah Sinergi ERC yang didukung secara finansial oleh Uni Eropa. “Metode yang diusulkan sejalan dengan perkembangan terkini di laboratorium mereka dan mereka akan segera dapat menguji protokol kami dengan partikel termal dalam rezim klasik, yang akan sangat berguna untuk mengukur dan meminimalkan sumber kebisingan saat laser dimatikan,” kata para peneliti. Tim teori Oriol Romero-Isart. “Kami percaya bahwa meskipun eksperimen kuantum akhir akan menjadi tantangan yang tidak dapat dihindari, hal ini harusnya dapat dilakukan karena memenuhi semua kriteria yang diperlukan untuk mempersiapkan keadaan superposisi kuantum makroskopis ini.”

Referensi: “Superposisi Kuantum Makroskopik melalui Dinamika dalam Potensi Sumur Berganda” oleh M. Roda-Llordes, A. Riera-Cammeny, D. Candoli, PT Grochowski dan O. Romero-Isart, 8 Januari 2024, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.023601

Studi ini didanai oleh Dewan Riset Eropa.