superposisi mekanika kuantum

Superposisi: Dalam Mekanika Kuantum, Sebab Bisa Menjadi Akibat, Akibat Menjadi Sebab?

Salah satu konsep paling mengakar dalam dunia sains dan juga dalam kehidupan sehari-hari adalah perihal sebab akibat; gagasan bahwa peristiwa saat ini disebabkan oleh peristiwa di masa lalu dan, pada gilirannya, tindakan menjadi penyebab untuk apa yang akan terjadi di masa depan. Jika peristiwa A adalah penyebab untuk akibat B, maka B tak bisa menjadi penyebab untuk A. Kini, para fisikawan teoritis dari Universitas Wina dan Université Libre de Bruxelles menunjukkan bahwa dalam mekanika kuantum dimungkinkan untuk menciptakan situasi di mana satu peristiwa bisa menjadi keduanya, sebab maupun akibat.

(Temuan ini dipublikasikan dalam Nature Communications.)

Meski belum diketahui apakah situasi semacam itu bisa ditemukan di alam, kemungkinan bahwa itu bisa terjadi telah lebih jauh mencapai implikasi bagi fondasi mekanika kuantum, kuantum gravitasi dan komputasi kuantum.

Sebuah kerangka kerja bagi mekanika kuantum ini mendemonstrasikan kemungkinan bagi dua agen untuk melakukan tugas komunikasi di mana hal ini mustahil untuk menyebut dengan pasti siapa mempengaruhi siapa (Kredit: Universitas Wina)

Hubungan sebab akibat: Siapa mempengaruhi siapa

Dalam kehidupan sehari-hari dan dalam fisika klasik, peristiwa diatur berdasarkan waktu: Suatu sebab hanya bisa mempengaruhi akibat di masa depannya bukan di masa lalu. Contoh sederhananya, bayangkan seseorang bernama Alice berjalan memasuki sebuah ruangan dan menemukan secarik kertas. Setelah membaca pesan yang tertulis di atas kertas itu, Alice menghapusnya dan menggantinya dengan pesan darinya sendiri. Di waktu yang berbeda, seseorang yang lain, bernama Bob, memasuki ruangan yang sama serta melakukan hal yang sama: membaca isi pesan, menghapusnya dan menulis ulang pesan sendiri ke atas kertas tersebut. Jika Bob memasuki ruangan itu setelah Alice, ia akan mampu membaca apa yang ditulis Alice; namun Alice tak akan punya peluang untuk mengetahui isi pesan dari Bob. Dalam kasus ini, pesan Alice adalah “sebab” dan apa yang dibaca Bob adalah “akibat.” Tiap kali keduanya mengulang prosedur tersebut, hanya satu yang akan mampu membaca apa yang ditulis oleh yang lain. Bahkan sekalipun mereka tidak saling melihat dan tidak mengetahui siapa yang pertama kali memasuki ruangan, mereka bisa menyimpulkannya dari apa yang mereka baca dan tulis di atas kertas. Misalnya, Alice menulis “Alice datang ke sini hari ini,” maka jika Bob membaca pesan tersebut, ia akan tahu bahwa dirinya memasuki ruangan itu sesudah Alice.

Pelanggaran kuantum pada urutan kausal

Selama hukum fisika klasik dimungkinkan, urutan peristiwa adalah bersifat tetap: baik Bob maupun Alice adalah yang pertama yang memasuki ruangan dan meninggalkan pesan untuk yang lain. Namun, ketika mekanika kuantum berperan, gambarannya bisa berubah secara drastis. Berdasarkan mekanika kuantum, objek bisa kehilangan sifat-sifat klasiknya yang sudah terdefinisi dengan baik, seperti misalnya sebuah partikel yang bisa berada di dua lokasi yang berbeda pada saat yang sama. Dalam fisika kuantum ini disebut “superposisi.”

Kini, sebuah tim internasional yang dipimpin oleh fisikawan Caslav Brukner dari Universitas Wina telah menunjukkan bahwa keteraturan sebab kejadian bisa menjadi sebuah superposisi. Apabila – dalam contoh awal – Alice dan Bob memiliki sistem kuantum selain secarik kertas biasa untuk menulis pesan, mereka dapat berakhir dalam situasi di mana masing-masing dapat membaca pesan yang ditulis satu sama lain. Efektifnya, satu situasi memiliki superposisi dari dua situasi: “Alice yang pertama memasuki ruang dan meninggalkan pesan sebelum Bob” dan “Bob yang pertama memasuki ruang dan meninggalkan pesan sebelum Alice.”

“Bagaimanapun juga, superposisi belum dipertimbangkan dalam perumusan standar mekanika kuantum karena teori ini selalu mengasumsikan urutan kausal yang pasti di antara dua peristiwa,” kata Ognyan Oreshkov dari Université Libre de Bruxelles. “Tapi jika kita yakin bahwa mekanika kuantum mengatur semua fenomena, wajar untuk mengharapkan bahwa urutan peristiwa juga bisa menjadi tidak definitif, mirip dengan lokasi sebuah partikel atau kecepatannya,” tambah Fabio Costa dari Universitas Wina.

Hasil studi ini menyodorkan langkah penting menuju pemahaman bahwa urutan kausal yang definitif mungkin tidak menjadi sifat yang wajib di alam. “Tantangan yang sebenarnya adalah mencari tahu di bagian alam mana kita harus mencari superposisi dari urutan kausal,” jelas Caslav Brukner dari kelompok Quantum Optics, Quantum Nanophysics, Quantum Information di Universitas Wina.

Kredit: Universitas Wina

Jurnal: Ognyan Oreshkov, Fabio Costa, Caslav Brukner. Quantum correlations with no causal order. Nature Communications, 2012; 3: 1092 DOI: 10.1038/ncomms2076