Topologi Rumit Terungkap dalam Keterikatan Kuantum: 48 Dimensi dan 17.000 Pola

Sebuah tim kolaboratif peneliti dari Universitas Witwatersrand (Wits) di Afrika Selatan bersama dengan Universitas Huzhou di Tiongkok berhasil mengidentifikasi struktur internal yang sangat kaya dalam bentuk standar keterikatan kuantum. Penemuan yang dipublikasikan dalam jurnal bergengsi Nature Communications ini memiliki implikasi mendasar bagi kemajuan teknologi kuantum. Hal ini menunjukkan bahwa bahkan metode rutin dalam menghasilkan keterikatan menyimpan lanskap multidimensi yang rumit di dalamnya.

Fokus utama penelitian ini adalah pada cahaya terjerat yang dihasilkan melalui proses yang dikenal sebagai hamburan parametrik spontan (SPDC). Analisis dilakukan terhadap sifat cahaya yang disebut momentum sudut orbital (OAM). Hasil kuantitatif kunci dari studi ini mencakup penemuan keterikatan yang tersebar di 48 dimensi berbeda, serta pencatatan lebih dari 17.000 pola topologis yang berbeda. Jumlah ini menandai rekor tertinggi pola topologis yang pernah tercatat dalam sistem fisik mana pun, yang mengindikasikan tingkat kerumitan yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Para ilmuwan berhasil membuktikan bahwa momentum sudut orbital (OAM) saja sudah cukup untuk memunculkan topologi yang kompleks. Temuan ini menepis asumsi sebelumnya yang menyatakan bahwa diperlukan kombinasi beberapa sifat cahaya, seperti OAM dan polarisasi, untuk mencapai kompleksitas tersebut. Profesor Andrew Forbes dari Sekolah Fisika Wits, salah satu kontributor utama dalam tim ini, menyoroti bahwa topologi berfungsi sebagai sumber daya yang ampuh untuk pengkodean informasi. Alasannya, sifat topologi cenderung kebal terhadap gangguan atau derau (noise) secara inheren.

Penemuan ini membawa konsekuensi langsung bagi pengembangan sistem komunikasi dan komputasi kuantum yang lebih tangguh. Profesor Robert de Mello Koch dari Universitas Huzhou, penulis utama studi ini, menekankan bahwa topologi yang rumit ini muncul secara 'gratis' dari keterikatan spasial. Hal ini secara signifikan menurunkan hambatan awal untuk memanfaatkan pengkodean berdimensi tinggi dalam aplikasi praktis.

Untuk memvalidasi prediksi teoretis mereka, tim riset ini memanfaatkan konsep-konsep abstrak dari teori medan kuantum. Pendekatan ini digunakan untuk menentukan lokasi yang tepat di mana topologi harus dicari dan tanda-tanda apa yang harus diantisipasi. Setelah prediksi dibuat, hal tersebut kemudian dikonfirmasi melalui serangkaian eksperimen yang cermat. Ini menunjukkan sinergi kuat antara kerangka teoretis yang mendalam dan validasi eksperimental yang ketat.

Secara keseluruhan, temuan ini membuka cakrawala baru dalam pemanfaatan sifat-sifat cahaya terjerat. Dengan adanya 17.000 pola topologis yang dapat dieksplorasi hanya dari OAM, potensi untuk meningkatkan kapasitas informasi dalam saluran komunikasi kuantum menjadi sangat besar. Ini adalah langkah maju yang signifikan, seolah-olah kita baru saja menemukan peta harta karun yang jauh lebih besar dari yang kita bayangkan sebelumnya dalam dunia fisika kuantum.