 |
| 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.