Selama hampir satu abad, fisikawan telah tertarik dengan pertanyaan mendasar: mengapa bilangan kompleks begitu penting dalam mekanika kuantum, yaitu, bilangan yang mengandung komponen dengan bilangan imajiner i? Biasanya, diasumsikan bahwa mereka hanya trik matematika untuk memfasilitasi deskripsi fenomena, dan hanya hasil yang dinyatakan dalam bilangan real yang memiliki arti fisik. Namun, tim peneliti Polandia-Cina-Kanada telah membuktikan bahwa bagian imajiner dari mekanika kuantum dapat diamati beraksi di dunia nyata.
Kita perlu secara signifikan merekonstruksi gagasan naif kita tentang kemampuan angka untuk menggambarkan dunia fisik. Sampai saat ini, tampaknya hanya bilangan real yang terkait dengan besaran fisik yang dapat diukur. Namun, penelitian dilakukan oleh tim Dr. Alexander Streltsov dari Center for Quantum Optical Technologies (QOT) di Universitas Warsawa dengan partisipasi ilmuwan dari Universitas Sains dan Teknologi China (USTC) di Hefei dan Universitas Calgary, menemukan status kuantum foton terjerat yang tidak dapat dibedakan tanpa menggunakan bilangan kompleks. Selain itu, para peneliti juga melakukan eksperimen yang mengkonfirmasikan pentingnya bilangan kompleks untuk mekanika kuantum. Artikel yang menjelaskan teori dan pengukuran baru saja muncul di jurnal Physical Review Letters dan Physical Review A.
Artikel lain: Wabah ebola terbaru mungkin dimulai dengan seseorang yang terinfeksi bertahun tahun yang lalu
Dalam fisika, bilangan kompleks dianggap murni matematika di alam. Memang benar bahwa meskipun mereka memainkan peran dasar dalam persamaan mekanika kuantum, mereka diperlakukan hanya sebagai alat, sesuatu untuk memfasilitasi kalkulasi bagi fisikawan. Sekarang, kami telah membuktikan secara teoritis dan eksperimental bahwa ada status kuantum yang hanya dapat dibedakan ketika kalkulasi dilakukan dengan partisipasi yang sangat diperlukan dari bilangan kompleks, jelas Dr. Streltsov.
Bilangan kompleks terdiri dari dua komponen, nyata dan imajiner. Mereka memiliki bentuk a + bi, di mana bilangan a dan b adalah nyata. Komponen bi bertanggung jawab atas fitur spesifik dari bilangan kompleks. Peran kunci di sini dimainkan oleh bilangan imajiner i, yaitu akar kuadrat dari -1.
Tidak ada apa pun di dunia fisik yang dapat berhubungan langsung dengan angka i. Jika ada 2 atau 3 buah apel di atas meja, ini wajar. Ketika kita mengambil satu apel, kita dapat berbicara tentang kekurangan fisik dan menggambarkannya dengan bilangan bulat negatif -1. Kita dapat memotong apel menjadi dua atau tiga bagian, mendapatkan persamaan fisik dari bilangan rasional 1/2 atau 1/3. Jika tabel adalah kuadrat sempurna, diagonalnya akan menjadi akar kuadrat (irasional) dari 2 dikalikan dengan panjang sisinya. Pada saat yang sama, dengan keinginan terbaik di dunia, masih mustahil untuk meletakkan apel di atas meja.
Karier bilangan kompleks yang mengejutkan dalam fisika terkait dengan fakta bahwa bilangan tersebut dapat digunakan untuk mendeskripsikan semua jenis osilasi jauh lebih mudah daripada dengan penggunaan fungsi trigonometri populer. Oleh karena itu, perhitungan dilakukan dengan menggunakan bilangan kompleks, dan pada akhirnya hanya bilangan real di dalamnya yang diperhitungkan.
Dibandingkan dengan teori fisika lainnya, mekanika kuantum adalah spesial karena ia harus mendeskripsikan objek yang dapat berperilaku seperti partikel dalam beberapa kondisi, dan seperti gelombang pada kondisi lain. Persamaan dasar dari teori ini, yang diambil sebagai dalil, adalah persamaan Schrdinger. Ini menggambarkan perubahan waktu dari fungsi tertentu, yang disebut fungsi gelombang, yang terkait dengan distribusi probabilitas untuk menemukan sistem dalam keadaan tertentu. Namun, bilangan imajiner i secara terbuka muncul di sebelah fungsi gelombang dalam persamaan Schrdinger.
Selama beberapa dekade, telah terjadi perdebatan mengenai apakah seseorang dapat menciptakan mekanika kuantum yang koheren dan lengkap hanya dengan bilangan real. Jadi, kami memutuskan untuk menemukan status kuantum yang dapat dibedakan satu sama lain hanya dengan menggunakan bilangan kompleks. Momen yang menentukan adalah eksperimen di mana kami menciptakan keadaan ini dan secara fisik memeriksa apakah mereka dapat dibedakan atau tidak, kata Dr. Streltsov, yang penelitiannya didanai oleh Foundation for Polish Science.
Eksperimen yang memverifikasi peran bilangan kompleks dalam mekanika kuantum dapat disajikan dalam bentuk permainan yang dimainkan oleh Alice dan Bob dengan partisipasi seorang master yang memimpin permainan. Menggunakan perangkat dengan laser dan kristal, master game mengikat dua foton menjadi salah satu dari dua status kuantum, yang benar-benar membutuhkan penggunaan bilangan kompleks untuk membedakannya. Kemudian, satu foton dikirim ke Alice dan yang lainnya ke Bob. Masing-masing mengukur foton mereka dan kemudian berkomunikasi dengan yang lain untuk membangun korelasi yang ada.
Mari kita asumsikan hasil pengukuran Alice dan Bob hanya dapat mengambil nilai 0 atau 1. Alice melihat urutan 0 dan 1 yang tidak masuk akal, seperti halnya Bob. Namun, jika mereka berkomunikasi, mereka dapat membangun hubungan antara pengukuran yang relevan. Jika master game mengirimkan mereka status berkorelasi, ketika seseorang melihat hasil 0, begitu juga yang lain. Jika mereka menerima status anti-korelasi, saat Alice mengukur 0, Bob akan mendapatkan 1. Dengan kesepakatan bersama, Alice dan Bob dapat membedakan status kita, tetapi hanya jika sifat kuantum mereka pada dasarnya kompleks, kata Dr. Streltsov.
Pendekatan yang dikenal sebagai teori sumber daya kuantum digunakan untuk deskripsi teoretis. Eksperimen itu sendiri dengan diskriminasi lokal antara keadaan dua foton terjerat dilakukan di laboratorium di Hefei menggunakan teknik optik linier. Keadaan kuantum yang disiapkan oleh para peneliti ternyata dapat dibedakan, yang membuktikan bahwa bilangan kompleks adalah bagian integral dari mekanika kuantum yang tak terhapuskan.
Pencapaian tim peneliti Polandia-Cina-Kanada adalah hal yang sangat penting, tetapi sangat luar biasa sehingga dapat diterjemahkan ke dalam teknologi kuantum baru. Secara khusus, penelitian tentang peran bilangan kompleks dalam mekanika kuantum dapat membantu untuk lebih memahami sumber efisiensi komputer kuantum, mesin komputasi baru secara kualitatif yang mampu memecahkan beberapa masalah dengan kecepatan yang tidak dapat dicapai oleh komputer klasik.
Sumber: scienceblog.com-pixabay.com
Baca juga:
Studi mengungkapkan penurunan biaya baterai lithium ion
Bukan hanya co2 peningkatan suhu juga mengubah fotosintesis dalam iklim yang berubah
Ditemukan Di Luar Angkasa: Molekul Berbasis Karbon Yang Kompleks
