Ilmuwan menggunakan laser untuk mendinginkan dan mengontrol molekul

Komputasi kuantum lebih dekat dari sebelumnya : Ilmuwan menggunakan laser untuk mendinginkan dan mengontrol molekul
Ribhararnus Pracutiar

Sebuah metode baru untuk pendinginan laser bisa membantu membuka jalan untuk menggunakan molekul individu sebagai bit informasi dalam komputasi kuantum.
Pernah menonton film James Bond? dimana goldfinger mengucapkan “Tidak, Mr. Bond, saya mengharapkan kamu untuk mati” dimana laser diarahkan kepada James Bond dan nyaris memotongnya menjadi setengah, laser telah dianggap sebagai sinar-panas-putih dari energi yang sangat terfokus yang mampu membakar apapun yang dilewatinya.
Sekarang, tim fisikawan Yale telah menggunakan laser secara menyeluruh untuk tujuan berbeda, menggunakannya untuk mendinginkan molekul ke suhu nol mutlak, sekitar -460 derajat Fahrenheit. Metode baru pendinginan menggunakan laser mereka ini, dijelaskan dalam edisi online jurnal Nature, merupakan langkah yang signifikan menuju tujuan akhir dari penggunaan individu molekul sebagai bits informasi pada komputasi kuantum.
Saat ini, Ilmuwan menggunakan atom individual maupun “atom buatan” sebagai qubit (singakatan dari quantum bits), dalam upaya untuk mengembangkan prosesor kuantum. Tapi, atom secara individu tidak berkomunikasi kuat satu sama lain seperti yang dibutuhkan untuk qubits. Di sisi lain, atom buatan — yang sebenarnya adalah perangkat sirkuit terdiri dari miliaran atom yang dirancang untuk berperilaku seperti atom tunggal – berkomunikasi secara kuat dengan satu sama lainnya, tetapi begitu banyak kecenderungan interfensi dari dunia luar. Molekul, bagaimanapun juga adalah jalan tengah yang ideal.
“Ini semacam masalah Goldilock.” kata fisikawan Yale, David DeMile, yang memimpin penelitian. “Atom buatan mungkin ternyata sangat besar dan atom secara individu mungkin ternyata terlalu kecil, tetapi molekul terbuat dari beberapa atom yang berbeda bisa saja pas”
Untuk menggunakan molekul sebagai kubit / qubit (quantum bit), fisikawan pertama-tama harus dapat mengendalikan dan memanipulasi nya (sangat sulit dilakukan), sebagai molekul secara umum tidak dapat diambil atau dipindahkan tanpa menganggu sifat kuantum mereka. Selain itu, bahkan pada suhu kamar, molekul memiliki banyak energi kinetik, yang menyebabkan mereka bergerak, berotasi, dan bergetar.
Untuk mengatasi masalah tersebut, tim Yale mendorong molekul menggunakan sentakan halus yang dihantarkan oleh aliran foton, atau partikel cahaya, yang dipancarkan oleh sebuah laser. Dengan menggunakan sinar laser untuk menabrak molekul dari arah berlawanan, mereka mampu mengurangi kecepatan acak dari molekul. Teknik ini dikenal sebagai “laser cooling” karena suhu merupakan ukuran langsung dari kecepatan pada gerak dari kelompok molekul. Mengurangi gerak molekul hampir ke tanpa gerak itu setara dengan mengendalikan suhu mereka ke suhu nol mutlak.
Sementara para ilmuwan sebelumnya telah mampu mendinginkan atom secara individu dengan menggunakan laser, penemuan oleh tim Yale merupakan pertama kalinya bahwa laser baru saja berhasil mendinginkan molekul, yang membuat tantangan unik baru yaitu karena struktur mereka yang lebih kompleks
Tim ini menggunakan molekul strontium monofluoride pada percobaan mereka, tetapi DeMille percaya bahwa tenik ini juga dapat dibuktikan secara sukses terhadap molekul lainnya. Di luar aplikasi komputasi kuantum, pendinginan molekul oleh laser mempunyai aplikasi potensial dalam bidang kimia, dimana dekat suhu nol mutlak bisa menginduksi reaksi yang saat ini tidak bisa diakses melalui proses mekanika kuantum atau dikenal sebagai “quantum tunelling”. DeMille juga berharap untuk menggunakan laser pendingin untuk memeplajari fisika partikel, dimana pengukuran yang tepat dari struktur molekul dapat memberikan petunjuk untuk kemungkinan adanya keberadaan yang luar biasa, yaitu partikel yang belum ditemukan.
“Laser pendingin atom telah diciptakan sebagai revolusi ilmiah yang benar. Sekarang digunakan di berbagai bidang dari yang paling dasar seperti kondensasi Bose-Einstein, sampai ke perangkat yang mempunyai dampak terhadap dunia nyata seperti jam atom dan instrumen navigasi” kata DeMille. “Perluasan tehnik ini terhadap molekul menjanjikan berbagai aplikasi baru yang menarik dari penggunaan ilmu pengetahuan dan tekhnologi” penulis lain Paper termasuk Edward Shuman dan John Barry (keduanya dari Universitas Yale)
Referensi :
  1. Yale University (2010, September 21). Quantum computing closer than ever: Scientists using lasers to cool and control molecules. ScienceDaily. Retrieved September 22, 2010, from http://www.sciencedaily.com /releases/2010/09/100921171349.htm
  2. E. S. Shuman, J. F. Barry, D. DeMille. Laser cooling of a diatomic molecule. Nature, 2010; DOI: 10.1038/nature09443

Sumber : FaktaIlmiah.com, 22 September 2010