Para ilmuwan dari laboratorium fotonik ETH Zurich dan Institute of Photonic Sciences (ICFO) di Barcelona telah mencapai kemajuan signifikan dalam fisika kuantum dengan mendemonstrasikan delokalisasi kuantum terkontrol pada nanopartikel silika yang tersuspensi dalam perangkap optik. Eksperimen inovatif ini, yang diterbitkan dalam Physical Review Letters, merupakan langkah krusial dalam mengeksplorasi batas-batas mekanika kuantum dan potensi aplikasi teknologinya.
Secara tradisional, pengamatan interferensi kuantum pada objek yang lebih besar terhambat oleh keterbatasan gerakan titik nol pada panjang koherensi kuantum nanopartikel yang terlevitasi. Namun, tim peneliti berhasil mengatasi hambatan ini dengan metode ekspansi terkontrol. Mereka menggunakan sistem penjepit optik yang dimodulasi, memungkinkan penyesuaian presisi intensitas perangkap cahaya pada interval mikrosekon. Teknik inovatif ini secara efektif 'melembutkan' dan 'menguatkan' perangkap, menghasilkan peningkatan tiga kali lipat pada panjang koherensi partikel, dari sekitar 21 pikometer menjadi lebih dari 70 pikometer dalam kondisi optimal. Panjang koherensi adalah faktor penting bagi partikel untuk menunjukkan perilaku seperti gelombang, dan perpanjangannya secara signifikan meningkatkan kemungkinan pengamatan fenomena ini.
Meskipun jarak yang terlibat sangat kecil, pencapaian ini memvalidasi kelayakan ekspansi terkontrol tanpa mengorbankan integritas kuantum nanopartikel. Hal ini membuka jalan baru untuk menyelidiki fenomena yang sebelumnya terbatas pada sistem atomik atau molekuler, secara efektif menjembatani kesenjangan antara ranah kuantum dan dunia makroskopik. Di luar signifikansi ilmiah fundamentalnya, teknik ini menjanjikan untuk pengembangan sensor gaya kuantum yang sangat sensitif. Nanopartikel dengan koherensi yang ditingkatkan dapat mendeteksi variasi kecil dalam medan listrik atau gravitasi dengan presisi yang dapat melampaui kemampuan teknologi saat ini.
Lebih lanjut, penelitian ini menawarkan jalur potensial untuk mengeksplorasi hubungan rumit antara mekanika kuantum dan gravitasi, sebuah batas yang sebagian besar belum terpetakan secara eksperimental. Teori menunjukkan bahwa dua massa kuantum yang terdelokalisasi dapat menghasilkan keterikatan gravitasi, dan metode yang dikembangkan dalam studi ini merupakan langkah nyata menuju realisasi konsep tersebut. Kemajuan ini melengkapi kemajuan signifikan lainnya dalam bidang levitasi optik nanopartikel, seperti proyek QnanoMECA yang didanai oleh European Research Council, yang telah berhasil mengurangi energi mekanik osilator nanomekanik kuantum, membawanya lebih dekat ke rezim kuantum fonon tunggal. Perkembangan semacam itu dapat membuka jalan bagi generasi baru sensor mekanik berpresisi tinggi untuk aplikasi dalam navigasi dan seismologi. Pada akhirnya, kemampuan untuk mengontrol delokalisasi kuantum dalam nanopartikel yang terlevitasi menandai lompatan signifikan dalam pemahaman dan penerapan mekanika kuantum pada skala yang lebih besar, membuka kemungkinan baru untuk penelitian fundamental dan pengembangan teknologi kuantum canggih. Penelitian dari ETH Zurich dan ICFO menyoroti upaya berkelanjutan untuk mendorong batas-batas fenomena kuantum ke domain yang lebih dapat diamati dan diterapkan.