Ini adalah sekilas dari fiksi ilmiah yang dibuat fakta: Para ilmuwan telah menciptakan bentuk cahaya baru yang suatu hari nanti dapat digunakan untuk membangun kristal cahaya. Tetapi sebelum calon Jedis mulai menuntut pedang mereka, kemajuan jauh lebih mungkin mengarah pada cara-cara komunikasi dan komputasi baru yang menarik, para peneliti melaporkan minggu ini di Science .
Cahaya terdiri dari foton — paket energi kecil yang cepat. Biasanya, foton tidak saling berinteraksi sama sekali, itulah sebabnya ketika menggunakan senter "Anda tidak melihat sinar memantul satu sama lain, Anda melihatnya saling melewati, " jelas Sergio Cantu, Ph.D. kandidat dalam fisika atom di Massachusetts Institute of Technology. Akan tetapi, dalam eksperimen baru, para fisikawan membujuk foton-foton individu untuk saling berhubungan dan saling berhubungan, mirip dengan cara masing-masing atom bersatu dalam molekul.
Tarian foton terjadi di laboratorium di MIT di mana fisikawan menjalankan eksperimen di atas meja dengan laser. Cantu, rekannya Aditya Venkatramani, Ph.D. kandidat dalam fisika atom di Universitas Harvard, dan kolaborator mereka mulai dengan menciptakan awan atom rubidium dingin. Rubidium adalah logam alkali sehingga biasanya terlihat seperti padatan putih perak. Tetapi menguapkan rubidium dengan laser dan menjaganya tetap dingin menciptakan awan yang dikandung peneliti dalam sebuah tabung kecil dan bermagnet. Ini membuat atom rubidium berdifusi, bergerak lambat dan dalam keadaan sangat bersemangat.
Kemudian tim menembakkan laser yang lemah ke awan. Laser sangat lemah sehingga hanya segelintir foton memasuki cloud, demikian siaran pers dari MIT menjelaskan. Para fisikawan mengukur foton ketika mereka keluar dari sisi lain dari awan dan saat itulah semuanya menjadi aneh.
Biasanya foton bergerak dengan kecepatan cahaya — atau hampir 300.000 kilometer per detik. Tetapi saat melewati awan, foton merayap 100.000 kali lebih lambat dari biasanya. Selain itu, alih-alih keluar dari cloud secara acak, foton masuk berpasangan atau kembar tiga. Pasangan dan kembar tiga ini juga mengeluarkan tanda tangan energi yang berbeda, pergeseran fase, yang memberi tahu para peneliti bahwa foton berinteraksi.
"Awalnya, tidak jelas, " kata Venkatramani. Tim telah melihat dua foton berinteraksi sebelumnya, tetapi mereka tidak tahu apakah kembar tiga itu mungkin. Bagaimanapun, ia menjelaskan, molekul hidrogen adalah susunan stabil dari dua atom hidrogen tetapi tiga atom hidrogen tidak dapat tetap bersama selama lebih dari sepersejuta detik. "Kami tidak yakin tiga foton akan menjadi molekul yang stabil atau sesuatu yang bahkan bisa kami lihat, " katanya.
Yang mengejutkan, para peneliti menemukan bahwa pengelompokan tiga-foton bahkan lebih stabil daripada dua. "Semakin Anda menambahkan, semakin kuat ikatannya, " kata Venkatramani.
Tapi bagaimana cara foton berkumpul? Model teoritis fisikawan menunjukkan bahwa ketika satu foton bergerak melalui awan rubidium, ia melompat dari satu atom ke atom lain, "seperti lebah yang melayang di antara bunga, " siaran pers menjelaskan. Satu foton secara singkat dapat berikatan dengan atom, membentuk atom-atom atau polariton hibrida. Jika dua polariton ini bertemu di awan, mereka berinteraksi. Ketika mereka mencapai tepi awan, atom tetap di belakang dan foton berlayar ke depan, masih terikat bersama. Tambahkan lebih banyak foton dan fenomena yang sama menimbulkan kembar tiga.
"Sekarang kita mengerti apa yang menyebabkan interaksi menjadi menarik, Anda dapat bertanya: Bisakah Anda membuat mereka saling tolak?" kata Cantu. Pada dasarnya, bermain dengan interaksi dapat mengungkapkan wawasan baru tentang bagaimana energi bekerja atau dari mana asalnya, katanya.
Untuk tujuan kemajuan teknologi, foton yang terikat bersama dengan cara ini dapat membawa informasi — kualitas yang berguna untuk komputasi kuantum. Dan komputasi kuantum dapat menyebabkan kode yang tidak dapat diretas, jam yang sangat presisi, komputer yang sangat kuat, dan banyak lagi. Hal yang sangat menarik tentang penyandian informasi dalam foton adalah bahwa foton dapat membawa informasi mereka melintasi jarak sangat cepat. Sudah foton mempercepat komunikasi kita di sepanjang jalur serat optik. Foton yang terikat atau terjerat dapat mengirimkan informasi kuantum kompleks hampir secara instan.
Tim membayangkan mengendalikan interaksi foton yang menarik dan menjengkelkan sedemikian rupa sehingga mereka dapat mengatur foton dalam struktur yang dapat diprediksi yang menyatu seperti kristal. Beberapa foton akan saling tolak, mendorong terpisah sampai mereka menemukan ruang mereka sendiri, sementara yang lain memegang formasi yang lebih besar dan menjaga yang menolak dari hamburan. Pengaturan berpola mereka akan menjadi kristal ringan. Dalam kristal cahaya, "jika Anda tahu di mana satu foton berada, maka Anda tahu di mana yang lain berada di belakangnya, pada interval yang sama, " kata Venkatramani. "Ini bisa sangat berguna jika Anda ingin memiliki komunikasi kuantum secara berkala."
Masa depan yang dimungkinkan oleh kristal semacam itu mungkin tampak lebih samar daripada di mana orang bertarung dengan lightsabers, tetapi itu bisa membuat kemajuan lebih mengesankan dan tidak terbayangkan.
Catatan editor: Kisah ini telah diperbaiki untuk mencerminkan bahwa foton, bukan atom, memasuki awan rubidium dan kecepatannya melambat saat mereka melewatinya.
