Mari kita lihat lebih dalam mengenai penelitian tersebut. Para ilmuwan telah menciptakan metode alternatif untuk mengukur waktu dengan memanfaatkan fenomena dalam fisika kuantum, tanpa bergantung pada jam atau stopwatch. Eksperimen ini melibatkan atom helium yang dipanaskan hingga mencapai “keadaan Rydberg”.
Atom helium ini memiliki ukuran yang besar dibandingkan atom-atom lainnya. Dengan menggunakan laser, elektron di dalam atom tersebut dieksitasi agar bergerak jauh dari inti atom, menghasilkan pola gelombang yang kompleks. Proses ini dikenal sebagai teknik pengeksitasi.
Selain untuk mengeksitasi atom, laser juga berfungsi untuk memantau perubahan posisi elektron seiring berjalannya waktu, menggunakan metode yang disebut teknik pengindera. Kombinasi dari teknik ini, yang dikenal sebagai ‘pump-probe’, memungkinkan pengukuran kecepatan elektronik ultra-cepat hingga skala pikodetik dengan menggunakan dua pulsa laser terpisah.
Keadaan Rydberg ini menjadi trik yang bermanfaat bagi insinyur untuk merancang komponen baru dalam komputer kuantum. Para fisikawan dapat mengumpulkan banyak informasi mengenai gerakan elektron yang diinduksi menjadi keadaan Rydberg.
Namun, gerakan elektron pada tingkat kuantum bersifat acak, mirip dengan perjudian dalam permainan rolet, di mana setiap gerakan dan lompatan menjadi permainan peluang. Matematika di balik “rolet elektron Rydberg” dijelaskan melalui paket gelombang Rydberg.
Ketika ada lebih dari satu paket gelombang Rydberg dalam ruang yang sama, mereka akan menciptakan interferensi yang menghasilkan pola gelombang yang unik. Jika cukup banyak paket gelombang dimasukkan dalam satu “kolam atom”, pola tersebut akan menyerupai sidik jari yang mewakili waktu yang diperlukan setiap paket untuk berkembang satu sama lain.
Pola ‘sidik jari waktu’ ini diuji oleh para fisikawan, dan hasilnya cukup konsisten serta akurat untuk dijadikan penanda waktu kuantum. Penelitian ini melibatkan pengukuran hasil dari atom helium yang dieksitasi dengan laser dan mencocokkan hasil tersebut dengan prediksi teoretis untuk menunjukkan ketahanan hasil dalam waktu tertentu.
“Jika Anda menggunakan penghitung, Anda harus menetapkan angka nol dan mulai mengukur dari satu titik,” ungkap fisikawan Marta Berholts dari Universitas Uppsala. “Dengan metode ini, Anda tidak perlu memulai jam; Anda cukup melihat struktur interferensi dan bisa menyatakan ‘oke, sudah 4 nanodetik’.”
Panduan tentang paket gelombang Rydberg yang terus berkembang ini dapat digabungkan dengan spektroskopi pump-probe lain yang mengukur peristiwa pada skala kecil, di mana konsep ‘sekarang’ dan ‘dulu’ sulit diukur.
Intinya, dengan pendekatan Rydberg, pengukuran waktu tidak memerlukan titik awal atau akhir tertentu. Ini mirip dengan mengukur kecepatan pelari tanpa mengetahui kecepatannya dengan membandingkannya dengan pelari lain yang kecepatannya sudah diketahui.
Dengan mengamati tanda-tanda interferensi kondisi Rydberg di dalam sampel atom pump-probe, para peneliti dapat mencatat penanda waktu untuk peristiwa yang berlangsung sangat cepat, seperti 1,7 triliun detik.
Di masa depan, eksperimen kuantum ini dapat menggantikan helium dengan atom lain atau menggunakan pulsa laser dengan energi yang berbeda, memperluas panduan untuk penanda waktu dan menambah pemahaman kita mengenai pengukuran waktu.
(REN)
.