Dapatkah anda melakukan teleportasi? Fisika menjawab “Entanglement”

Teleportasi singkatnya dikenal sebagai perpindahan posisi spontan tanpa adanya “usaha berpindah” yang umum terjadi di karya fiksi ilmiah. Teleportasi mungkin saja popular karena sifat bawaan manusia yang selalu mencari hal praktis. Memang teleportasi selalu disematkan dengan ke-praktis-annya, namun sebenarnya tidaklah begitu praktis. Fisika menjawab hal ini dapat dilakukan, namun jika didalami, “praktis/instan” yang selama ini tersemat mungkin saja akan hilang. Fisika menjawab keinginan perwujudan pintu kemana saja ini, dengan sebutan “Entanglement”.

Gambar 1. Partikel elektron yang berada pada jarak sangat jauh masih akan saling mengingat satu sama lain. Ini menjadi batu loncatan perwujudan teleportasi.

Teleportasi dan Sains Fiksi

Teleportasi paling awal dalam Fiksi ilmiah terjadi dalam cerita Ed ward Page Mitchell "The Man Without a Body," yang diterbitkan pada tahun 1877. Dalam cerita itu, seorang ilmuwan mampu membongkar atom kucing dan mengirimkannya melalui kabel telegraf. Sayangnya, baterainya mati saat ilmuwan itu mencoba untuk melakukan teleportasi sendiri. Hanya kepalanya yang berhasil diteleportasi.


Sir Arthur Conan Doyle, yang paling terkenal dengan novel Sherlock Holmes-nya, terpesona oleh gagasan teleportasi. Setelah bertahun-tahun menulis novel detektif dan cerita pendek, dia mulai bosan dengan seri Sherlock Holmes dan akhirnya membunuh detektifnya, membuatnya terjun ke kematiannya bersama Profesor Moriarty di atas air terjun. Tapi protes publik begitu besar sehingga Doyle terpaksa membangkitkan detektif itu. Karena dia tidak bisa membunuh Sherlock Holmes, Doyle malah memutuskan untuk membuat seri yang sama sekali baru, menampilkan Profesor Challenger, yang merupakan mitra dari Sherlock Holmes. Keduanya memiliki kecerdasan yang cepat dan mata yang tajam untuk memecahkan misteri. Tetapi sementara Mr.Holmes menggunakan logika deduktif yang dingin untuk memecahkan kasus-kasus kompleks yang terbuka, Profesor Challenger menjelajahi dunia gelap spiritualitas dan fenomena paranormal, termasuk tele portasi. Dalam novel tahun 1927 The Disintegration Machine, profesor itu bertemu dengan seorang pria yang telah menemukan mesin yang dapat memisahkan seseorang dan kemudian memasangnya kembali di tempat lain. Tapi Profesor Challenger ngeri ketika penemunya membanggakan bahwa penemuannya bisa, di tangan yang salah, menghancurkan seluruh kota dengan jutaan orang dengan menekan sebuah tombol. Profesor Challenger kemudian menggunakan mesin itu untuk menghancurkan penemunya, dan meninggalkan labora tory, tanpa memasang kembali dia.


Baru-baru ini Hollywood menemukan teleportasi. Film 1958 The Fly secara grafis memeriksa apa yang bisa terjadi jika teleportasi menjadi sangat kacau. Ketika seorang ilmuwan berhasil memindahkan dirinya ke seberang ruangan, atom-atomnya bercampur dengan atom lalat yang secara tidak sengaja memasuki ruang teleportasi, sehingga ilmuwan tersebut berubah menjadi monster yang bermutasi aneh, setengah manusia dan setengah terbang. (Sebuah remake yang menampilkan Jeff Goldblum dirilis pada tahun 1986.)


Teleportasi pertama kali menjadi menonjol dalam budaya populer dengan serial Star Trek. Gene Roddenberry, pencipta Star Trek, memperkenalkan teleportasi ke dalam serial tersebut karena anggaran Paramount Studio tidak memungkinkan adanya efek khusus yang mahal yang diperlukan untuk mensimulasikan kapal roket lepas landas dan mendarat di planet yang jauh. Lebih murah hanya mengirimkan awak Enterprise ke tujuan mereka.


Selama bertahun-tahun sejumlah keberatan telah diajukan oleh para ilmuwan tentang kemungkinan teleportasi. Untuk menteleportasi seseorang, Anda harus mengetahui lokasi persis setiap atom dalam benda hidup, yang mungkin melanggar prinsip ketidakpastian Heisenberg (yang menyatakan bahwa Anda tidak dapat mengetahui lokasi persis dan kecepatan sebuah elektron). Produser serial Star Trek, tunduk pada kritik, memperkenalkan "Kompensator Heisenberg" di ruang transporter, seolah-olah seseorang dapat mengimbangi hukum fisika kuantum dengan menambahkan gadget ke transporter. Tapi ternyata, kebutuhan untuk membuat Kompensator Heisenberg ini mungkin sudah lebih awal. Kritikus dan ilmuwan awal mungkin salah.


 

Teleportasi dan Teori Kauntum

Menurut teori Newtonian, teleportasi jelas tidak mungkin. Hukum Newton didasarkan pada gagasan bahwa materi terbuat dari bola biliar yang kecil dan keras. Objek tidak bergerak sampai didorong; objek tidak tiba-tiba menghilang dan muncul kembali di tempat lain.


Namun dalam teori kuantum, justru itulah yang dapat dilakukan partikel. Hukum Newton, yang bertahan selama 250 tahun, digulingkan pada tahun 1925 ketika Werner Heisenberg, Erwin Schrodinger, dan kolega mereka mengembangkan teori kuantum. Ketika menganalisis sifat-sifat aneh atom, fisikawan menemukan bahwa elektron bertindak seperti gelombang dan dapat membuat lompatan kuantum dalam gerakannya yang tampak kacau di dalam atom.


Orang yang paling dekat hubungannya dengan gelombang kuantum ini adalah fisikawan Wina Erwin Schrodinger, yang menuliskan persamaan gelombang terkenal yang menyandang namanya, salah satu yang paling penting dalam semua fisika dan kimia. Seluruh mata kuliah di sekolah pascasarjana dikhususkan untuk memecahkan persamaan terkenalnya, dan seluruh dinding perpustakaan fisika penuh dengan buku-buku yang memeriksa konsekuensi yang mendalam. Pada prinsipnya, jumlah total semua bahan kimia dapat direduksi menjadi solusi persamaan ini.


Pada tahun 1905 Einstein telah menunjukkan bahwa gelombang cahaya dapat memiliki sifat seperti partikel; artinya, mereka dapat digambarkan sebagai paket energi yang disebut foton. Tetapi pada tahun 1920-an, Schrodinger menjadi jelas bahwa kebalikannya juga benar: bahwa partikel seperti elektron dapat menunjukkan perilaku seperti gelombang. Ide ini pertama kali ditunjukkan oleh fisikawan Prancis Louis de Broglie, yang memenangkan Hadiah Nobel untuk dugaan ini. (Kita mendemonstrasikan hal ini kepada mahasiswa sarjana kita di universitas kita. Kita menembakkan elektron di dalam tabung sinar katoda, seperti yang biasa ditemukan di TV. Elektron melewati lubang kecil, jadi biasanya Anda akan melihat titik kecil di mana elektron mengenai layar TV. Sebaliknya, Anda menemukan cincin konsentris, seperti gelombang, yang Anda harapkan jika gelombang melewati lubang, bukan partikel titik.)


Suatu hari Schrodinger memberi kuliah tentang fenomena aneh ini. Dia ditantang oleh sesama fisikawan, Peter Debye, yang bertanya kepadanya: Jika elektron dijelaskan oleh gelombang, lalu apa persamaan gelombangnya?


Sejak Newton menciptakan kalkulus, fisikawan telah mampu mendeskripsikan gelombang dalam persamaan diferensial, sehingga Schrodinger mengambil pertanyaan Debye sebagai tantangan untuk menuliskan persamaan diferensial untuk gelombang elektron. Bulan itu Schrodinger pergi berlibur, dan ketika dia kembali dia punya persamaan itu. Jadi dengan cara yang sama Maxwell sebelum dia mengambil medan gaya Faraday dan mengekstraksi persamaan Maxwell untuk cahaya, Schrodinger mengambil gelombang materi dari de Broglie dan mengekstraksi persamaan Schrodinger untuk elektron.


(Sejarawan sains telah menghabiskan beberapa upaya untuk mencoba melacak dengan tepat apa yang sedang dilakukan Schrodinger ketika dia menemukan persamaan terkenalnya yang selamanya mengubah lanskap fisika dan kimia modern. Rupanya, Schrodinger adalah penganut cinta bebas dan sering ditemani saat liburan oleh gundiknya dan istrinya. Dia bahkan menyimpan catatan harian mendetail tentang semua kekasihnya, dengan kode yang rumit terkait setiap pertemuan. Para sejarawan sekarang percaya bahwa dia berada di Villa Herwig di Pegunungan Alpen bersama salah satu teman perempuannya pada akhir pekan saat dia menemukan persamaannya.)


Ketika Schrodinger mulai memecahkan persamaannya untuk atom hidrogen, dia sangat terkejut menemukan tingkat energi yang tepat dari hidrogen yang telah dengan cermat dikatalogkan oleh fisikawan sebelumnya. Dia kemudian menyadari bahwa gambaran lama tentang atom oleh Niels Bohr yang menunjukkan elektron yang mengelilingi inti (yang digunakan bahkan sampai hari ini dalam buku dan iklan ketika mencoba untuk melambangkan sains modern) sebenarnya salah. Orbit ini harus digantikan oleh gelombang yang mengelilingi nukleus.


Karya Schrodinger juga mengirimkan gelombang kejut melalui komunitas fisika. Tiba-tiba fisikawan dapat mengintip ke dalam atom itu sendiri, memeriksa secara rinci gelombang yang menyusun kulit elektronnya, dan mengekstrak prediksi yang tepat untuk tingkat energi yang sesuai dengan data dengan sempurna.


Tapi masih ada pertanyaan yang menghantui fisika bahkan hingga hari ini. Jika elektron dijelaskan oleh gelombang, lalu apa yang melambai? Ini telah dijawab oleh fisikawan Max Born, yang mengatakan bahwa gelombang ini sebenarnya adalah gelombang probabilitas. Gelombang-gelombang ini memberi tahu Anda hanya peluang menemukan elektron tertentu di mana saja dan kapan saja. Dengan kata lain, elektron adalah sebuah partikel, tetapi probabilitas untuk menemukan partikel tersebut ditentukan oleh gelombang Schrodinger. Semakin besar gelombang, semakin besar peluang untuk menemukan partikel pada titik tersebut.


Dengan perkembangan ini, tiba-tiba peluang dan probabilitas diperkenalkan langsung ke jantung fisika, yang sebelumnya telah memberi kita prediksi yang tepat dan lintasan partikel yang terperinci, dari planet hingga komet hingga bola meriam.


Ketidakpastian ini akhirnya dikodifikasi oleh Heisenberg ketika dia mengajukan prinsip ketidakpastian, yaitu konsep bahwa Anda tidak dapat mengetahui kecepatan yang tepat dan posisi elektron pada saat yang bersamaan. Anda juga tidak dapat mengetahui energi pastinya, yang diukur selama jangka waktu tertentu. Pada tingkat kuantum, semua hukum dasar akal sehat dilanggar: elektron dapat menghilang dan muncul kembali di tempat lain, dan elektron dapat berada di banyak tempat pada waktu yang sama.


(Ironisnya, Einstein, bapak baptis teori kuantum yang membantu memulai revolusi pada tahun 1905, dan Schrodinger, yang memberi kita persamaan gelombang, merasa ngeri dengan pengenalan peluang ke dalam fisika fundamental. Einstein menulis, "Mekanika kuantum membutuhkan rasa hormat yang besar. Tetapi beberapa suara hati mengatakan kepada saya bahwa ini bukan Yakub yang sebenarnya. Teorinya menawarkan banyak hal, tetapi hampir tidak membawa kita lebih dekat ke rahasia Orang Tua. Untuk saya, setidaknya, saya yakin bahwa Dia tidak melempar dadu. ")


Teori Heisenberg adalah revolusioner dan kontroversial - tetapi berhasil. Dalam satu sapuan, fisikawan dapat menjelaskan sejumlah besar fenomena yang membingungkan, termasuk hukum kimia. Untuk mengesankan Ph.D. siswa dengan betapa anehnya teori kuantum, saya beberapa kali meminta mereka untuk menghitung probabilitas bahwa atom mereka akan tiba-tiba larut dan muncul kembali di sisi lain dari dinding bata. Peristiwa teleportasi seperti itu tidak mungkin dalam fisika Newtonian tetapi sebenarnya diperbolehkan dalam mekanika kuantum. Jawabannya, bagaimanapun, adalah bahwa seseorang harus menunggu lebih lama dari umur alam semesta agar hal ini terjadi. (Jika Anda menggunakan komputer untuk membuat grafik gelombang Schrodinger dari tubuh Anda sendiri, Anda akan menemukan bahwa itu sangat mirip dengan semua fitur tubuh Anda, kecuali grafiknya akan sedikit kabur, dengan beberapa gelombang Anda mengalir keluar seluruhnya. arah. Beberapa gelombang Anda akan memanjang bahkan sejauh bintang-bintang yang jauh. Jadi ada kemungkinan yang sangat kecil bahwa suatu hari Anda akan terbangun di planet yang jauh.)


Fakta bahwa elektron tampaknya dapat berada di banyak tempat pada waktu yang sama terbentuk dasar kimia. Kita tahu bahwa elektron mengelilingi inti atom, seperti miniatur tata surya. Tetapi atom dan tata surya sangat berbeda; Jika dua tata surya bertabrakan di luar angkasa, tata surya akan pecah dan planet-planet terlempar ke luar angkasa. Namun ketika atom bertabrakan, mereka sering membentuk molekul yang sangat stabil, berbagi elektron di antara mereka. Di kelas kimia sekolah menengah atas, guru sering menggambarkannya dengan "elektron tercoreng", yang menyerupai bola sepak, yang menghubungkan kedua atom tersebut.


Tetapi yang jarang diberitahukan oleh guru kimia kepada siswanya adalah bahwa elektron sama sekali tidak "tercoreng" di antara dua atom. "Sepak bola" ini sebenarnya mewakili probabilitas bahwa elektron berada di banyak tempat pada waktu yang sama di dalam sepak bola. Dengan kata lain, semua ilmu kimia, yang menjelaskan molekul di dalam tubuh kita, didasarkan pada gagasan bahwa elektron dapat berada di banyak tempat pada waktu yang sama, dan pembagian elektron di antara dua atom inilah yang menahan molekul tubuh kita. bersama. Tanpa teori kuantum, molekul dan atom kita akan langsung larut.


Sifat teori kuantum yang aneh namun mendalam ini (bahwa ada kemungkinan yang terbatas bahwa peristiwa yang paling aneh pun mungkin terjadi) dieksploitasi oleh Douglas Adams dalam novelnya yang lucu The Hitch hiker's Guide to the Galaxy. Dia membutuhkan cara yang nyaman untuk menjelajahi galaksi, jadi dia menemukan Infinite Improbability Drive, "metode baru yang luar biasa untuk melintasi jarak antarbintang yang luas hanya dalam hitungan detik, tanpa semua hal yang membosankan di hyperspace." Mesinnya memungkinkan Anda mengubah peluang peristiwa kuantum apa pun sesuka hati, sehingga peristiwa yang sangat mustahil pun menjadi hal biasa. Jadi jika Anda ingin terbang ke sistem bintang terdekat, Anda cukup mengubah kemungkinan bahwa Anda akan terwujud kembali di bintang itu, dan voila! Anda akan langsung diteleport ke sana.


Pada kenyataannya, "lompatan" kuantum yang begitu umum di dalam atom tidak dapat dengan mudah digeneralisasikan ke objek besar seperti manusia, yang mengandung triliunan demi triliunan atom. Bahkan jika elektron dalam tubuh kita menari dan melompat dalam perjalanan fantastisnya mengelilingi inti, ada begitu banyak elektron sehingga gerakannya rata-rata. Artinya, secara kasar, mengapa pada tingkat kita zat tampak padat dan permanen


Jadi sementara teleportasi diperbolehkan pada tingkat atom, seseorang harus menunggu lebih lama dari umur alam semesta untuk benar-benar menyaksikan efek aneh ini pada skala makroskopik. Tapi bisakah seseorang menggunakan hukum teori kuantum untuk membuat mesin teleportasi sesuatu sesuai permintaan, seperti dalam cerita fiksi ilmiah? Anehnya, jawabannya adalah ya.

 


Eksperimen EPR (Electron Paramagnetic Resonance)

Kunci teleportasi kuantum terletak pada makalah terkenal tahun 1935 oleh Al Albert Einstein dan rekan-rekannya Boris Podolsky dan Nathan Rosen, yang, ironisnya, mengusulkan eksperimen EPR (dinamai untuk ketiga penulis) untuk mematikan, sekali dan untuk selamanya, pengantar probabilitas menjadi fisika. (Meratapi keberhasilan eksperimental yang tak terbantahkan dari teori kuantum, Einstein menulis, "semakin sukses teori kuantum, semakin konyol kelihatannya.")


Jika dua elektron pada awalnya bergetar serempak (keadaan yang disebut koherensi), mereka dapat tetap seperti gelombang sinkronisasi bahkan jika dipisahkan oleh jarak yang jauh. Meskipun dua elektron dapat dipisahkan oleh tahun cahaya, masih ada gelombang Schrodinger tak terlihat yang menghubungkan keduanya, seperti tali pusar. Jika sesuatu terjadi pada satu elektron, maka beberapa informasi itu segera dikirim ke elektron lainnya. Ini disebut "keterjeratan kuantum / Quantum Entanglement", konsep bahwa partikel yang bergetar tidak koherensi memiliki semacam hubungan dalam yang menghubungkan mereka bersama.


Gambar 2. Foto pengamatan Quantum Entanglement dalam sebuah eksperimen
(Credit: Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aaw2563)


Mari kita mulai dengan dua elektron koheren yang berosilasi serempak. Selanjutnya, biarkan mereka terbang ke arah yang berlawanan. Setiap elektron seperti gasing. Putaran setiap elektron bisa mengarah ke atas atau ke bawah. Misalkan putaran total sistem adalah nol, sehingga jika putaran satu elektron naik, maka Anda secara otomatis mengetahui bahwa putaran elektron lainnya turun. Menurut teori kuantum, sebelum Anda melakukan pengukuran, elektron tidak berputar ke atas atau ke bawah, tetapi berada dalam keadaan bawah di mana ia berputar ke atas dan ke bawah secara bersamaan. (Setelah Anda melakukan pengamatan, fungsi gelombang "col hilang", meninggalkan partikel dalam keadaan tertentu.)


Selanjutnya, ukur spin satu elektron. Ini, katakanlah, berputar. Maka Anda langsung tahu bahwa spin elektron lain turun. Bahkan jika elektron dipisahkan oleh beberapa tahun cahaya, Anda langsung mengetahui spin elektron kedua segera setelah Anda mengukur spin elektron pertama. Nyatanya, Anda tahu ini lebih cepat daripada kecepatan cahaya Karena kedua elektron ini "terjerat", yaitu, fungsi gelombangnya berdenyut serempak, fungsi gelombangnya dihubungkan oleh "benang" atau tali pusar yang tidak terlihat. Apapun yang terjadi pada satu orang secara otomatis berdampak pada yang lain. (Ini berarti, dalam arti tertentu, bahwa apa yang terjadi pada kita secara otomatis memengaruhi hal-hal secara instan di sudut-sudut jauh alam semesta, karena fungsi gelombang kita mungkin terikat pada permulaan waktu. Dalam arti tertentu, ada jaring keterjeratan yang menghubungkan jarak jauh sudut-sudut alam semesta, termasuk kita.) Einstein dengan mengejek menyebut ini "aksi-seram-pada-jarak," dan fenomena ini memungkinkannya untuk "membuktikan" bahwa teori kuantum salah, dalam pikirannya, karena tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya.


Awalnya, Einstein merancang eksperimen EPR sebagai lonceng kematian teori kuantum. Tetapi pada 1980-an Alan Aspect dan rekan-rekannya di Prancis melakukan eksperimen ini dengan dua detektor yang terpisah sejauh 13 meter, mengukur putaran foton yang dipancarkan dari atom kalsium, dan hasilnya sesuai dengan teori kuantum. Rupanya, Tuhan memang mempermainkan alam semesta.


Apakah informasi benar-benar berjalan lebih cepat daripada cahaya? Apakah Einstein salah tentang kecepatan cahaya sebagai batas kecepatan alam semesta? Tidak juga. Informasi memang bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya, tetapi formasi itu acak, dan karenanya tidak berguna. Anda tidak dapat mengirim pesan nyata, atau kode Morse, melalui eksperimen EPR meskipun informasi berjalan lebih cepat daripada cahaya.


Mengetahui bahwa elektron di sisi lain alam semesta berputar-putar adalah informasi yang tidak berguna. Anda tidak dapat mengirim harga saham hari ini melalui metode ini. Misalnya, seorang teman selalu memakai satu kaus kaki merah dan satu hijau, secara acak. Katakanlah Anda ex amina satu kaki, dan kakinya memiliki kaus kaki merah di atasnya. Maka Anda tahu, lebih cepat dari kecepatan cahaya, bahwa kaus kaki lainnya berwarna hijau. Informasi sebenarnya berjalan lebih cepat daripada cahaya, tetapi informasi ini tidak berguna. Tidak ada sinyal yang berisi informasi nonrandom yang dapat dikirim melalui metode ini.


Selama bertahun-tahun eksperimen EPR digunakan sebagai contoh kemenangan yang terdengar kembali dari teori kuantum atas para pengkritiknya, tetapi itu adalah kemenangan kosong tanpa konsekuensi praktis. Sampai sekarang.

 


Teleportasi Kuantum

Semuanya berubah pada tahun 1993, ketika para ilmuwan di IBM, yang dipimpin oleh Charles Bennett, menunjukkan bahwa secara fisik objek dapat diteleportasikan, setidaknya pada tingkat atom, menggunakan eksperimen EPR. (Lebih tepatnya, mereka menunjukkan bahwa Anda dapat menteleportasikan semua informasi yang terkandung di dalam sebuah partikel.) Sejak itu, fisikawan telah mampu menteleportasikan pho ton dan bahkan seluruh atom cesium. Dalam beberapa dekade, para ilmuwan mungkin dapat memindahkan molekul DNA dan virus pertama.


Teleportasi kuantum mengeksploitasi beberapa ikatan yang lebih aneh dari eksperimen EPR. Dalam eksperimen teleportasi ini, fisik fisik dimulai dengan dua atom, A dan C. Katakanlah kita ingin memindahkan informasi dari atom A ke atom C. Kita mulai dengan memperkenalkan atom ketiga, B, yang mulai terjerat dengan C, jadi B dan C koheren. Sekarang atom A bersentuhan dengan atom B. A memindai B, sehingga kandungan informasi atom A ditransfer ke atom B. A dan B terjerat dalam proses tersebut. Tetapi karena B dan C awalnya saling terkait, informasi di dalam A sekarang telah ditransfer ke atom C. Kesimpulannya, atom A sekarang telah diteleportasi menjadi atom C, yaitu, kandungan informasi A sekarang identik dengan C


Perhatikan bahwa informasi di dalam atom A telah dihancurkan (jadi kita tidak memiliki dua salinan setelah teleportasi). Ini berarti bahwa siapa pun yang diteleportasi secara hipotetis akan mati dalam prosesnya. Tetapi informasi isi tubuhnya akan muncul di tempat lain.  Perhatikan juga bahwa atom A tidak bergerak ke posisi atom C. Sebaliknya, informasi dalam A (misalnya spin dan polarisasinya) yang telah dipindahkan ke C. (Ini tidak berarti bahwa atom A dilarutkan dan kemudian berpindah ke lokasi lain. Itu berarti bahwa kandungan informasi atom A telah dipindahkan ke atom lain, C.)


Sejak pengumuman awal dari terobosan ini, kemajuan telah menjadi sangat kompetitif karena kelompok yang berbeda telah berusaha untuk saling mengalahkan. Demonstrasi bersejarah pertama dari teleportasi kuantum di mana foton sinar ultraviolet diteleportasi pada tahun 1997 di Universitas Innsbruck. Ini diikuti tahun berikutnya oleh para peneliti di Cal Tech yang melakukan eksperimen yang bahkan lebih tepat yang melibatkan teleportasi foton.


Pada tahun 2004, fisikawan di Universitas Wina mampu melakukan teleportasi partikel cahaya pada jarak 600 meter di bawah Sungai Danube, menggunakan kabel serat optik, membuat rekor baru. (Kabel itu sendiri panjangnya 800 meter dan digantung di bawah sistem saluran pembuangan umum di bawah Sungai Danube. Pengirim berdiri di satu sisi sungai, dan penerima di sisi lain.)


Salah satu kritik terhadap eksperimen ini adalah bahwa eksperimen tersebut dilakukan dengan foton cahaya. Ini bukan fiksi ilmiah, ft sangat penting, oleh karena itu, pada tahun 2004, ketika teleportasi kuantum didemonstrasikan bukan dengan foton cahaya, tetapi dengan atom yang sebenarnya, membawa kita selangkah lebih dekat ke perangkat teleportasi yang lebih realistis. Ahli fisiologi di National Institute of Standards and Technology di Washington, D.C., berhasil menjerat tiga atom berilium dan mentransfer sifat satu atom ke atom lain. Prestasi ini begitu signifikan hingga dijadikan sampul depan majalah Nature. Kelompok lain juga mampu melakukan teleportasi atom kalsium.


Pada tahun 2006, satu lagi kemajuan spektakuler dibuat, untuk pertama kalinya melibatkan objek makroskopik. Fisikawan Niels Bohr Insti tute di Kopenhagen dan Institut Max Planck di Jerman mampu menjerat berkas cahaya dengan gas atom cesium, suatu prestasi yang melibatkan triliunan demi triliunan atom. Kemudian mereka menyandikan informasi yang terkandung di dalam pulsa laser dan mampu menteleportasikan informasi ini ke atom cesium dalam jarak sekitar setengah yard. "Untuk pertama kalinya," kata Eugene Polzik, salah satu peneliti, kuantum tele portation "telah dicapai antara cahaya pembawa informasi-dan atom."


 

Teleportasi tanpa Entanglement

Kemajuan dalam teleportasi semakin cepat. Pada tahun 2007, terobosan lain dibuat. Fisikawan mengusulkan metode teleportasi yang tidak memerlukan belitan. Kita ingat bahwa keterjeratan adalah fitur teleportasi kuantum yang paling sulit. Memecahkan masalah ini bisa membuka pemandangan baru dalam teleportasi.


"Kita berbicara tentang seberkas sekitar 5.000 partikel yang menghilang dari satu tempat dan muncul di tempat lain," kata fisikawan Aston Bradley dari Pusat Keunggulan Optik Atom Kuantum Dewan Riset Australia di Brisbane, Australia, yang membantu merintis metode baru teleportasi.  


"Kita yakin bahwa skema kita lebih dekat dengan semangat konsep fiksi asli," klaimnya. Dalam pendekatan mereka, dia dan rekan-rekannya mengambil berkas atom rubidium, mengubah semua informasinya menjadi berkas cahaya, mengirimkan berkas cahaya ini melintasi kabel serat optik, dan kemudian menyusun kembali berkas atom asli di lokasi yang jauh. Jika klaimnya bertahan, metode ini akan menghilangkan batu sandungan nomor satu untuk teleportasi dan membuka cara baru untuk teleportasi objek yang semakin besar.


Untuk membedakan metode baru ini dari teleportasi kuantum, Dr. Bradley menyebut metodenya "teleportasi klasik". (Ini agak menyesatkan, karena metodenya juga sangat bergantung pada teori quantum, tetapi tidak pada keterjeratan.)


Kunci dari jenis teleportasi baru ini adalah keadaan materi baru yang disebut "kondensat Bose-Einstein," atau BEC , yang merupakan salah satu zat paling dingin di seluruh alam semesta. Di alam, suhu terdingin ditemukan di luar angkasa; itu adalah 5 K di atas nol mutlak. (Hal ini disebabkan oleh sisa panas yang tersisa dari big bang, yang masih mengisi alam semesta.) Tetapi BEC adalah sepersejuta hingga sepersejuta derajat di atas nol terlarut, suhu yang hanya dapat ditemukan di laboratorium.


Ketika bentuk materi tertentu didinginkan hingga mendekati nol absolut, atom-atomnya semua jatuh ke tingkat energi terendah, sehingga semua atomnya bergetar serempak, menjadi koheren. Fungsi gelombang dari semua atom tumpang tindih, sehingga, dalam arti tertentu, BEC seperti "atom super" gigantik, dengan semua atom individu bergetar serempak. Keadaan materi yang ganjil ini diprediksi oleh Einstein dan Satyendranath Bose pada tahun 1925, tetapi itu akan memakan waktu tujuh puluh tahun lagi, tidak sampai tahun 1995, sebelum BEC akhirnya dibuat di laboratorium di MIT dan Universitas Colorado.


Begini cara kerja Bradley dan perangkat teleportasi perusahaan. Pertama mereka mulai dengan kumpulan atom rubidium super dingin dalam keadaan BEC. Mereka kemudian menerapkan seberkas materi ke BEC (juga terbuat dari atom rubidium). Atom-atom dalam pancaran ini juga ingin turun ke tingkat energi terendah, sehingga mereka melepaskan kelebihan energinya dalam bentuk pulsa cahaya. Berkas cahaya ini kemudian dikirim ke kabel serat optik. Hebatnya berkas cahaya berisi semua informasi kuantum yang diperlukan untuk menjelaskan berkas materi asli (misalnya, lokasi dan kecepatan semua atomnya). Kemudian berkas cahaya tersebut mengenai BEC lain, yang kemudian mengubah berkas cahaya tersebut menjadi berkas materi asli.


Metode teleportasi baru ini memiliki janji yang luar biasa karena tidak melibatkan belitan atom. Tetapi metode ini juga memiliki masalah. Ini sangat bergantung pada sifat  BEC, yang sulit dibuat di laboratorium. Lebih jauh lagi, sifat-sifat BECs cukup aneh, karena mereka berperilaku seolah-olah mereka adalah satu atom raksasa. Pada prinsipnya, efek kuantum ganjil yang kita lihat hanya pada tingkat atom dapat dilihat dengan mata telanjang dengan BEC. Ini pernah dianggap mustahil.


Penerapan praktis langsung  BEC adalah dengan membuat "laser atom". Laser, tentu saja, didasarkan pada berkas foton koheren yang bergetar serempak. Tapi BEC adalah kumpulan atom yang bergetar dalam satu kesatuan, jadi memungkinkan untuk membuat berkas atom BEC yang semuanya koheren. Dengan kata lain, BEC dapat membuat laser pendamping, laser atom atau laser materi, yang terbuat dari atom BEC. Aplikasi komersial laser sangat besar, dan aplikasi komersial laser atom juga bisa sama besarnya. Namun karena  BEC hanya ada pada suhu yang berada tepat di atas nol mutlak, kemajuan di bidang ini akan lambat, meskipun stabil.


Mengingat kemajuan yang telah kita buat, kapankah kita dapat melakukan teleport sendiri? Fisikawan berharap untuk teleportasi molekul kompleks di tahun-tahun mendatang. Setelah itu mungkin molekul DNA atau bahkan virus dapat diteleportasi dalam beberapa dekade. Pada prinsipnya tidak ada yang mencegah teleportasi orang yang sebenarnya, seperti di film fiksi ilmiah, tetapi masalah teknis yang dihadapi oleh prestasi seperti itu benar-benar mengejutkan. Dibutuhkan beberapa laboratorium fisika terbaik di dunia untuk menciptakan koherensi antara foton cahaya kecil dan atom individu. Menciptakan koherensi kuantum yang melibatkan objek yang benar-benar makroskopis, seperti manusia, sudah tidak mungkin dilakukan untuk waktu yang lama. Faktanya, kemungkinan akan memakan waktu berabad-abad, atau lebih lama, sebelum objek sehari-hari dapat diteleportasi - jika memungkinkan.


Komputer Kuantum

Pada akhirnya, nasib teleportasi kuantum terkait erat dengan nasib perkembangan komputer kuantum. Keduanya menggunakan fisika kuantum yang sama dan teknologi yang sama, sehingga terjadi fertilisasi silang yang intens antara kedua bidang ini. Komputer kuantum suatu hari nanti bisa menggantikan komputer digital yang sudah dikenal yang ada di meja kita. Faktanya, masa depan ekonomi dunia suatu hari nanti mungkin bergantung pada com puters tersebut, jadi ada minat komersial yang sangat besar dalam teknologi ini. Suatu hari nanti Silicon Valley bisa menjadi Rust Belt, digantikan oleh teknologi baru yang muncul dari komputasi kuantum.


Komputer umumnya melakukan komputasi pada sistem biner Os dan Is, yang disebut bit. Tetapi komputer kuantum jauh lebih bertenaga. Mereka dapat menghitung pada qubit, yang dapat mengambil nilai antara 0 dan 1. Bayangkan sebuah atom yang ditempatkan di medan magnet. Ini berputar seperti gasing, jadi sumbu spinnya bisa mengarah ke atas atau ke bawah. Akal sehat memberi tahu kita bahwa putaran atom bisa naik atau turun tetapi tidak keduanya pada saat yang bersamaan. Tetapi di dunia kuantum yang aneh, atom digambarkan sebagai jumlah dari dua keadaan, jumlah atom yang berputar dan atom yang berputar ke bawah. Di dunia bawah kuantum, setiap objek dijelaskan oleh jumlah semua kemungkinan keadaan. (Jika benda besar, seperti kucing, dideskripsikan dengan gaya kuantum ini, itu berarti Anda harus menambahkan fungsi gelombang kucing hidup ke kucing mati, jadi kucing tidak mati atau hidup)


Sekarang bayangkan untaian atom sejajar dalam medan magnet, dengan putaran sejajar dalam satu cara. Jika sinar laser disinari pada rangkaian atom ini, sinar laser akan memantul dari kumpulan atom ini, membalik sumbu putar dari beberapa atom. Dengan mengukur perbedaan antara sinar laser yang masuk dan  yang keluar, kita telah menyelesaikan "kalkulasi" kuantum yang rumit, yang melibatkan pembalikan banyak putaran.


Komputer kuantum masih dalam tahap awal. Rekor dunia untuk komputasi kuantum adalah 3 x 5 = 15, hampir tidak ada perhitungan yang akan menggantikan superkomputer saat ini. Teleportasi kuantum dan komputer kuantum memiliki kelemahan fatal yang sama: memelihara koherensi untuk kumpulan atom yang besar. Jika masalah ini bisa diselesaikan, itu akan menjadi terobosan besar di kedua bidang tersebut.


CIA dan organisasi rahasia lainnya sangat tertarik pada komputer kuantum. Banyak kode rahasia dunia bergantung pada "kunci", yang merupakan bilangan bulat yang sangat besar, dan kemampuan seseorang untuk memfaktorkannya menjadi bilangan prima. Jika kuncinya adalah hasil perkalian dua angka, masing-masing dengan seratus digit, maka komputer digital mungkin memerlukan lebih dari seratus tahun untuk menemukan kedua faktor ini dari awal. Kode seperti itu sangat tidak bisa dipecahkan hari ini.


Tetapi pada tahun 1994 Peter Shor dari Bell Labs menunjukkan bahwa memfaktorkan jumlah besar bisa menjadi permainan anak-anak untuk komputer kuantum. Penemuan ini segera menarik minat komunitas intelijen. Pada prinsipnya, komputer kuantum dapat memecahkan semua kode dunia, membuat keamanan sistem komputer saat ini menjadi sangat kacau. Negara pertama yang mampu membangun sistem seperti itu akan dapat membuka rahasia terdalam dari negara dan organisasi lain.


Beberapa ilmuwan berspekulasi bahwa di masa depan ekonomi dunia mungkin bergantung pada komputer kuantum. Komputer digital berbasis silikon diharapkan mencapai batas fisiknya dalam hal peningkatan daya komputer beberapa saat setelah tahun 2020. Sebuah keluarga komputer baru yang lebih kuat mungkin diperlukan jika teknologi akan terus maju. Yang lain sedang menjajaki kemungkinan mereproduksi kekuatan otak manusia melalui komputer kuantum.


Oleh karena itu, taruhannya sangat tinggi. Jika kita bisa menyelesaikan masalah koherensi, tidak hanya kita bisa menyelesaikan tantangan teleportasi; kita mungkin juga memiliki kemampuan untuk memajukan semua jenis teknologi dengan cara yang tak terhitung melalui komputer kuantum. Terobosan ini sangat penting.


Seperti yang saya tunjukkan sebelumnya, koherensi sangat sulit dipertahankan di lab. Getaran terkecil dapat mengganggu koherensi dua atom dan menghancurkan komputasi. Saat ini sangat sulit untuk mempertahankan koherensi di lebih dari sekedar segelintir atom. Atom yang semula berada dalam fase mulai meluruh dalam hitungan nano detik menjadi, paling banter, satu detik. Teleportasi harus dilakukan dengan sangat cepat, sebelum atom-atom mulai membusuk, sehingga menempatkan batasan lain pada komputasi kuantum dan teleportasi.


Terlepas dari tantangan ini, David Deutsch dari Universitas Oxford percaya bahwa masalah ini dapat diatasi: "Dengan keberuntungan, dan dengan bantuan kemajuan teoretis baru-baru ini, [komputer kuantum] mungkin membutuhkan waktu kurang dari 50 tahun. Ini akan menjadi sepenuhnya cara baru memanfaatkan alam. "


Untuk membangun komputer kuantum yang berguna, kita perlu memiliki jutaan atom yang bergetar serempak, sebuah pencapaian yang jauh melampaui kemampuan kita saat ini. Teleportasi Kapten Kirk akan sangat sulit. Kita harus membuat keterikatan kuantum dengan saudara kembar Kapten Kirk. Bahkan dengan nanoteknologi dan komputer canggih, sulit untuk melihat bagaimana ini bisa dicapai.


Jadi teleportasi ada di tingkat atom, dan kita pada akhirnya dapat melakukan teleportasi molekul kompleks dan bahkan organik dalam beberapa dekade. Tetapi teleportasi objek makroskopik harus menunggu selama beberapa dekade hingga berabad-abad setelah itu, atau lebih lama lagi, jika memang memungkinkan. Oleh karena itu, menteleportasi molekul kompleks, bahkan mungkin virus atau sel hidup, memenuhi syarat sebagai ketidakmungkinan Kelas I, sesuatu yang mungkin terjadi dalam abad ini. Tetapi teleportasi manusia, meskipun diperbolehkan oleh hukum fisika, mungkin membutuhkan waktu berabad-abad setelah itu, dengan asumsi itu mungkin sama sekali. Oleh karena itu, saya akan menganggap teleportasi semacam itu sebagai ketidakmungkinan Kelas II.


Penutup

Teori yang ada sekarang memang mengaminkan kemungkinan ini. Hanya saja, sekali lagi, hambatan teknis menjadi penghalang utama untuk mewujudkannya. Selain itu, masih sangat banyak pecahan-pecahan prinsip kuantum yang menunggu untuk bisa diterapkan, mengingat kajian kuantum tingkat lanjut masih sebatas kajian dari fisika teori. Meskipun berat, namun fisika sekali lagi dapat menjawab.


Referensi

Anon Teleportation: Important step in improving quantum computing ScienceDaily


Anon “Qutrit” Experiments Are a First in Quantum Teleportation - Scientific American


Anon (PDF) Long-distance teleportation based on a selected receiver in a quantum network


Tsurumoto K, Kuroiwa R, Kano H, Sekiguchi Y and Kosaka H 2019 Quantum teleportation-based state transfer of photon polarization into a carbon spin in diamond Commun. Phys. 2 1–6


Rota M B, Basset F B, Tedeschi D and Trotta R 2020 Entanglement Teleportation With Photons From Quantum Dots: Toward a Solid-State Based Quantum Network IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 26 1–16


Llewellyn D, Ding Y, Faruque I I, Paesani S, Bacco D, Santagati R, Qian Y-J, Li Y, Xiao Y-F, Huber M, Malik M, Sinclair G F, Zhou X, Rottwitt K, O’Brien J L, Rarity J G, Gong Q, Oxenlowe L K, Wang J and Thompson M G 2020 Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in silicon Nat. Phys. 16 148–53


Liu T 2020 The Applications and Challenges of Quantum Teleportation J. Phys. Conf. Ser. 1634 012089


Jennewein T, Weihs G and Zeilinger A 2003 Photon Statistics and Quantum Teleportation Experiments J. Phys. Soc. Jpn. 72 168–73


Duc T M, Dat T Q and Chuong H S 2020 Quantum entanglement and teleportation in superposition of multiple-photon-added two-mode squeezed vacuum state Int. J. Mod. Phys. B 34 2050223


Bashar M A, Chowdhury M A, Islam R, Rahman M S and Das S K 2009 A Review and Prospects of Quantum Teleportation 2009 International Conference on Computer and Automation Engineering 2009 International Conference on Computer and Automation Engineering. ICCAE 2009 (Bangkok: IEEE) pp 213–7


Kaku, Michio. 2008. Physics of The Impossible: A Scientific Exploartion Into The World of Phasers, Force Fields, Teleporattion, and Time Travel. New York: Doubleday.

Lebih baru Lebih lama