Kombinasi dua “kristal waktu” dalam superfluida helium-3 pada hampir seperseribu derajat di atas nol mutlak bisa menjadi langkah besar menuju komputer kuantum baru.
Kristal waktu adalah struktur aneh yang terbuat dari atom, yang keberadaannya hanya diprediksi pada 2012, dan bukti eksperimental menyusul beberapa tahun kemudian. Dalam kristal normal, seperti intan atau garam, atom-atom disusun dalam pola spasial yang berulang secara teratur – kisi atau kerangka serupa. Dan seperti kebanyakan bahan, atom berhenti bergoyang ketika berada dalam keadaan dasar — tingkat energi serendah mungkin.
Kristal waktu, di sisi lain, terdiri dari atom yang berulang dalam waktu daripada ruang, berosilasi bolak-balik atau berputar bahkan dalam keadaan dasarnya. Anda dapat mempertahankan gerakan ini secara terus menerus tanpa harus menambah energi atau kehilangan energi dalam prosesnya.
Terkait: “Kristal waktu” dunia lain yang dibuat di komputer kuantum Google dapat mengubah fisika selamanya
Dengan demikian, kristal waktu ini dapat menentang konsep yang dikenal sebagai entropi. Hukum kedua termodinamika menggambarkan entropi sebagai cara sistem apapun menjadi lebih teratur dari waktu ke waktu. Sebagai contoh, perhatikan orbit planet-planet di sekitar Matahari. Untuk mempermudah, mari kita bayangkan mereka bergerak seperti jarum jam, selalu tiba di tempat yang sama di orbitnya masing-masing pada waktu yang sama. Namun pada kenyataannya, itu terlihat berantakan: The berat planet-planet lain atau bintang-bintang yang lewat dapat menarik dan menarik planet-planet, secara halus mengubah orbitnya.
Oleh karena itu orbit planet-planet secara inheren kacau. Perubahan kecil pada satu hal berpotensi memiliki dampak besar pada semuanya. Sistem menjadi tidak teratur dari waktu ke waktu – entropi sistem meningkat.
Kristal waktu dapat meniadakan efek entropi karena prinsip mekanika kuantum yang dikenal sebagai “lokalisasi banyak objek”. Ketika gaya dirasakan oleh atom dalam kristal waktu, itu hanya mempengaruhi atom itu. Oleh karena itu, perubahan tersebut dianggap bersifat lokal dan tidak global (system-wide). Akibatnya, sistem tidak menjadi kacau dan secara teoritis memungkinkan osilasi berulang terus tanpa batas.
“Semua orang tahu bahwa perpetuum mobile tidak mungkin,” kata Samuli Autti, rekan peneliti dan dosen fisika di Lancaster University di Inggris, dalam sebuah ekspresi. “Tapi dalam fisika kuantum, perpetuum mobile baik-baik saja selama kita menutup mata.”
Autti, yang memimpin penelitian, mengacu pada prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang menyinggung bagaimana ketika mengamati dan mengukur sistem kuantum, fungsi gelombang kuantumnya rusak. Karena sifat mekanika kuantumnya, Kristal Waktu hanya dapat beroperasi pada efisiensi 100% ketika benar-benar terisolasi dari lingkungannya. Persyaratan ini membatasi lamanya waktu mereka dapat diamati sampai mereka runtuh sepenuhnya karena runtuhnya fungsi gelombang.
Namun, tim Autti berhasil menghubungkan dua kristal waktu dengan mendinginkan banyak helium-3, sebuah isotop helium. Helium-3 istimewa karena ketika isotop didinginkan hingga fraksi di atas nol mutlak (minus 459,67 derajat Fahrenheit atau minus 273 derajat Celcius), ia menjadi superfluida, yang tidak dapat dilakukan oleh banyak bahan. Tidak ada viskositas dalam superfluida, sehingga energi kinetik tidak hilang melalui gesekan, memungkinkan gerakan—seperti gerakan atom dalam kristal waktu—terus berlanjut tanpa batas.
Tim Autti, yang bekerja di Universitas Aalto di Finlandia, kemudian memanipulasi atom helium-3 untuk membuat dua kristal waktu yang berinteraksi satu sama lain. Selanjutnya, mereka mengamati pasangan kristal waktu ini untuk catatan waktu sekitar 1.000 detik (hampir 17 menit), yang sesuai dengan miliaran periode gerakan osilasi atau rotasi atom, sebelum fungsi gelombang kristal waktu meluruh.
“Ternyata menyatukan mereka berdua bekerja dengan indah,” kata Autti.
Hasilnya membentuk garis penelitian yang menjanjikan untuk pengembangan yang berfungsi penuh komputer kuantum. Sementara bit komputer normal adalah biner—1 atau 0, hidup atau mati—kecepatan pemrosesan komputer kuantum jauh lebih cepat karena mereka menggunakan “qubit” yang dapat menghidupkan dan mematikan 1 dan 0, secara bersamaan. Salah satu cara untuk membangun komputer kuantum adalah dengan menghubungkan berbagai kristal waktu, masing-masing bertindak sebagai qubit. Oleh karena itu, percobaan pertama yang menghubungkan dua kristal waktu ini menciptakan blok bangunan dasar komputer kuantum.
Eksperimen sebelumnya telah menunjukkan bahwa kristal dapat beroperasi pada suhu kamar untuk beberapa waktu daripada harus didinginkan hingga mendekati nol mutlak, membuat konstruksinya lebih mudah. Tugas berikutnya, kata tim Autti, adalah menunjukkan bahwa operasi gerbang logis, fungsi yang memungkinkan komputer memproses informasi, dapat beroperasi di antara dua atau lebih kristal waktu.
Penelitian ini diterbitkan dalam jurnal pada 2 Juni komunikasi alam (terbuka di tab baru).
Ikuti Keith Cooper di Twitter @21stCenturySETI. ikuti kami di Twitter @spacedotcom dan selanjutnya Facebook.
“Ninja twitter bersertifikat. Ahli internet. Penggemar budaya pop hardcore. Baconaholic.”
You may also like
-
Aturan matematika ditemukan di balik distribusi neuron di otak kita
-
Para ilmuwan menemukan penjelasan untuk lubang gravitasi raksasa di Samudra Hindia
-
Peta baru yang akurat dari semua materi di alam semesta dirilis
-
Para ilmuwan mengatakan sepasang bintang yang sangat langka berperilaku sangat ‘aneh’
-
Lima Angsa Tewas Setelah Terbang Ke Saluran Listrik Hinkley | Berita Inggris