Penglibatan kuantum tetap menjadi salah satu bidang pengajian yang paling mencabar bagi ahli fizik moden. Digambarkan oleh Einstein sebagai "aksi menakutkan dari jarak jauh", para saintis telah lama berusaha untuk mendamaikan bagaimana aspek mekanik kuantum ini dapat hidup berdampingan dengan mekanik klasik. Pada hakikatnya, hakikat bahawa dua zarah dapat dihubungkan dalam jarak yang jauh melanggar peraturan lokaliti dan realisme.
Secara formal, ini adalah pelanggaran Ketidakseimbangan Bell, teori yang telah digunakan selama beberapa dekad untuk menunjukkan bahawa lokaliti dan realisme berlaku walaupun tidak konsisten dengan mekanik kuantum. Namun, dalam satu kajian baru-baru ini, sekumpulan penyelidik dari Ludwig-Maximilian University (LMU) dan Max Planck Institute for Quantum Optics di Munich melakukan ujian yang sekali lagi melanggar Ketidakseimbangan Bell dan membuktikan adanya keterikatan.
Kajian mereka, yang berjudul "Uji Lonceng Bersedia dengan Acara Menggunakan Atom Terikat Serentak Menutup Pengesanan dan Celah Lokalitas", baru-baru ini diterbitkan di Huruf Kajian Fizikal. Diketuai oleh Wenjamin Rosenfeld, seorang ahli fizik di LMU dan Max Planck Institute for Quantum Optics, pasukan berusaha untuk menguji Ketidakseimbangan Bell dengan menjerat dua zarah pada jarak jauh.
Ketidaksamaan Bell (dinamakan sempena ahli fizik Ireland John Bell, yang mencadangkannya pada tahun 1964) pada dasarnya menyatakan bahawa sifat objek wujud tidak dapat dilihat (realisme), dan tidak ada maklumat atau pengaruh fizikal yang dapat menyebarkan lebih cepat daripada kelajuan cahaya (lokaliti). Peraturan ini menggambarkan dengan tepat realiti yang kita alami setiap hari, di mana perkara-perkara berakar pada ruang dan waktu tertentu dan wujud bebas daripada pemerhati.
Walau bagaimanapun, pada tahap kuantum, perkara-perkara nampaknya tidak mengikuti peraturan ini. Zarah-zarah tidak hanya dapat dihubungkan dengan cara-cara bukan tempatan pada jarak yang jauh (iaitu ikatan), tetapi sifat-sifat zarah-zarah ini tidak dapat ditentukan sehingga diukur. Dan sementara semua eksperimen telah mengesahkan bahawa ramalan mekanik kuantum adalah betul, beberapa saintis terus berpendapat bahawa terdapat celah yang memungkinkan untuk realisme tempatan.
Untuk mengatasi hal ini, pasukan Munich melakukan eksperimen menggunakan dua makmal di LMU. Walaupun makmal pertama terletak di ruang bawah tanah jabatan fizik, makmal pertama terletak di ruang bawah tanah jabatan ekonomi - kira-kira 400 meter jauhnya. Di kedua-dua makmal, pasukan menangkap atom rubidium tunggal dalam perangkap topikal dan kemudian mula mengasyikkannya sehingga mereka mengeluarkan satu foton.
Seperti yang dijelaskan oleh Dr. Wenjamin Rosenfeld dalam siaran akhbar Institut Max Planck:
"Dua stesen pemerhati kami dikendalikan secara bebas dan dilengkapi dengan sistem laser dan kawalan mereka sendiri. Kerana jarak 400 meter antara makmal, komunikasi dari satu ke yang lain akan memakan waktu 1328 nanodetik, yang jauh lebih banyak daripada jangka waktu proses pengukuran. Jadi, tidak ada maklumat mengenai pengukuran di satu makmal yang dapat digunakan di makmal yang lain. Begitulah cara kami menutup celah lokaliti. "
Setelah kedua-dua atom rubidium teruja hingga melepaskan foton, keadaan putaran atom rubidium dan keadaan polarisasi foton terjerat dengan berkesan. Foton kemudian digabungkan menjadi serat optik dan dipandu ke tempat di mana ia dibawa ke gangguan. Setelah melakukan pengukuran selama lapan hari, para saintis dapat mengumpulkan sekitar 10,000 peristiwa untuk memeriksa tanda-tanda keterlibatan.
Ini akan ditunjukkan oleh putaran dua atom rubidium yang terperangkap, yang akan menunjuk ke arah yang sama (atau ke arah yang berlawanan, bergantung pada jenis ikatan). Apa yang dijumpai oleh pasukan Munich adalah bahawa untuk sebahagian besar peristiwa, atom berada dalam keadaan yang sama (atau dalam keadaan yang berlawanan), dan bahawa hanya ada enam penyimpangan yang sesuai dengan Ketaksamaan Bell.
Hasil ini juga secara statistik lebih signifikan daripada yang diperoleh oleh pasukan fizik Belanda pada tahun 2015. Demi kajian itu, pasukan Belanda melakukan eksperimen menggunakan elektron berlian di makmal yang berjarak 1.3 km. Pada akhirnya, keputusan mereka (dan ujian lain mengenai Ketidakseimbangan Bell) menunjukkan bahawa keterlibatan kuantum adalah nyata, dengan berkesan menutup celah realisme tempatan.
Seperti yang dijelaskan oleh Wenjamin Rosenfeld, ujian yang dilakukan oleh pasukannya juga melampaui eksperimen lain ini dengan menangani masalah besar yang lain. "Kami dapat menentukan keadaan putaran atom dengan sangat pantas dan cekap," katanya. "Oleh itu, kami menutup kemungkinan kelemahan kedua: anggapan, bahawa pelanggaran yang diperhatikan disebabkan oleh sampel pasangan atom yang tidak dapat dikesan yang tidak lengkap".
Dengan mendapatkan bukti pelanggaran Ketidakseimbangan Bell, para saintis tidak hanya membantu menyelesaikan ketidaksesuaian yang berterusan antara fizik klasik dan kuantum. Mereka juga membuka pintu kepada beberapa kemungkinan menarik. Sebagai contoh, selama bertahun-tahun, saintis telah menjangkakan perkembangan pemproses kuantum, yang bergantung pada keterikatan untuk mensimulasikan angka nol dan kod binari.
Komputer yang bergantung pada mekanika kuantum akan lebih cepat dari mikroprosesor konvensional, dan akan memasuki era baru penyelidikan dan pengembangan. Prinsip yang sama telah diusulkan untuk keamanan siber, di mana enkripsi kuantum akan digunakan untuk menyekat maklumat, menjadikannya kebal bagi penggodam yang bergantung pada komputer konvensional.
Terakhir, tetapi yang tidak kalah pentingnya, ada konsep Quantum Entanglement Communications, kaedah yang membolehkan kita menghantar maklumat lebih cepat daripada kelajuan cahaya. Bayangkan kemungkinan perjalanan dan penerokaan angkasa lepas jika kita tidak lagi terikat dengan had komunikasi relativistik!
Einstein tidak salah ketika dia mencirikan keterikatan kuantum sebagai "aksi menyeramkan". Sesungguhnya, banyak implikasi fenomena ini masih menakutkan kerana menarik bagi ahli fizik. Tetapi semakin dekat kita untuk memahaminya, semakin dekat kita untuk mengembangkan pemahaman tentang bagaimana semua kekuatan fizikal yang diketahui dari Alam Semesta bersatu - aka. Teori Segala-galanya!
