Pengukuran pertama paradoks kuantum

Newswise – beberapa hal terkait dan yang lainnya tidak. Misalkan Anda secara acak memilih seseorang dari kerumunan yang secara signifikan lebih tinggi dari rata-rata. Dalam hal ini, ada peluang bagus bahwa beratnya juga lebih dari rata-rata. Secara statistik, satu kuantitas juga mengandung beberapa informasi tentang kuantitas lainnya.

Fisika kuantum memungkinkan hubungan yang lebih kuat antara kuantitas yang berbeda: partikel atau bagian yang berbeda dari sistem kuantum skala besar dapat “berbagi” sejumlah informasi. Ada prediksi teoretis yang menarik tentang hal ini: yang mengejutkan, ukuran dari “informasi timbal balik” ini tidak bergantung pada ukuran sistem tetapi hanya pada permukaannya. Hasil yang mengejutkan ini dikonfirmasi secara eksperimental di TU Wien dan dipublikasikan di fisika alam. Masukan teoritis untuk eksperimen dan interpretasinya datang dari Max-Planck-Institut für Quantenoptik di Garching, FU Berlin, ETH Zürich, dan New York University.

Informasi kuantum: Ini terkait lebih kuat daripada yang dimungkinkan oleh fisika klasik

kata Mehmetamine Tajik dari Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ)-Automenstutt dari TU Wien, penulis pertama buku yang saat ini sedang diterbitkan. “Jika sistem berada dalam kesetimbangan, partikel-partikel di berbagai wilayah wadah tidak tahu apa-apa tentang satu sama lain. Seseorang dapat menganggap mereka benar-benar tidak bergantung satu sama lain. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa informasi yang dibagi antara kedua partikel ini adalah nol.”

Namun, hal-hal berbeda di dunia kuantum: jika partikel berperilaku secara kuantum, mungkin saja Anda tidak dapat lagi melihatnya secara terpisah satu sama lain. Mereka terhubung secara matematis – Anda tidak dapat menggambarkan satu partikel secara bermakna tanpa mengatakan sesuatu tentang yang lain.

“Untuk kasus seperti itu, sudah lama ada prediksi tentang saling berbagi informasi antara subsistem yang berbeda dari sistem kuantum multi-benda,” jelas Muhammedamin Tajik. “Dalam gas kuantum seperti itu, informasi timbal balik yang dibagikan lebih besar dari nol, dan tidak bergantung pada ukuran subsistem – tetapi hanya pada pinggiran luar subsistem.”

Secara intuitif, prediksi ini tampak aneh: di dunia klasik berbeda. Misalnya, informasi dalam sebuah buku bergantung pada ukurannya – bukan hanya luas sampul buku. Namun, di alam kuantum, informasi seringkali terkait erat dengan luas permukaan.

Pengukuran dengan atom yang sangat dingin

Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Profesor Jörg Schmidmeyer telah mengonfirmasi untuk pertama kalinya bahwa informasi yang dipertukarkan dalam banyak sistem kuantum dalam suatu objek sebanding dengan luas permukaan daripada volume. Untuk tujuan ini, mereka mempelajari awan atom yang sangat dingin. Partikel-partikel didinginkan hingga tepat di atas suhu nol mutlak dan ditahan oleh chip atom. Pada suhu yang sangat rendah, sifat kuantum partikel menjadi semakin penting. Informasi semakin menyebar dalam sistem, dan komunikasi antara bagian-bagian individu dari keseluruhan sistem menjadi semakin penting. Dalam hal ini, sistem dapat dijelaskan dengan teori medan kuantum.

“Pengalamannya sangat sulit,” kata Jörg Schmidmeier. “Kami memerlukan informasi lengkap tentang sistem kuantum kami, sebagaimana dimungkinkan oleh fisika kuantum. Dan untuk ini, kami telah mengembangkan teknik tomografi khusus. Kami mendapatkan informasi yang kami butuhkan dengan sedikit mengganggu atom dan kemudian mengamati dinamika yang dihasilkan. Ini seperti melempar batu ke dalam kolam dan kemudian mendapatkan informasi tentangnya.” Keadaan cairan dan genangan gelombang yang dihasilkan.

Selama suhu sistem tidak mencapai nol mutlak (yang tidak mungkin), “informasi bersama” ini memiliki ruang lingkup yang terbatas. Dalam fisika kuantum, ini terkait dengan ‘panjang koherensi’ – ini merujuk pada jarak di mana partikel berperilaku mirip secara kuantum, dan dengan demikian saling mengenal. “Ini juga menjelaskan mengapa berbagi informasi tidak penting dalam gas klasik,” kata Muhammedamin Tajik. “Dalam sistem banyak benda klasik, koherensi menghilang; Anda bisa mengatakan bahwa partikel tidak lagi tahu apa-apa tentang partikel di tetangganya.” Pengaruh suhu dan panjang koherensi informasi timbal balik juga dikonfirmasi dalam percobaan.

Informasi kuantum memainkan peran penting dalam banyak aplikasi teknis fisika kuantum saat ini. Dengan demikian, hasil percobaan relevan untuk berbagai bidang penelitian – dari fisika keadaan padat hingga studi fisika kuantum tentang gravitasi.