Alain Aspect, John Clauser dan Anton Zeilinger telah memenangkan Hadiah Nobel Fisika 2022. Ketiganya menang “atas eksperimen mereka dengan foton yang terjerat, membuktikan pelanggaran ketidaksetaraan Bell dan memelopori ilmu informasi kuantum”.
Hadiahnya akan diserahkan di Stockholm pada bulan Desember dan bernilai 10 juta kronor ($900,000). Ini akan dibagi rata di antara para pemenang.
Bekerja secara independen, ketiga pemenang melakukan eksperimen penting yang menetapkan sifat kuantum dari keterjeratan. Ini adalah efek yang aneh ketika dua partikel atau lebih menunjukkan korelasi yang jauh lebih kuat daripada yang mungkin terjadi dalam fisika klasik. Keterikatan memainkan peran penting dalam komputer kuantum, yang pada prinsipnya dapat mengungguli komputer konvensional dalam beberapa tugas.
Ketidaksamaan Bell
Ketiga eksperimen tersebut mengukur pelanggaran ketidaksetaraan Bell, yang membatasi korelasi yang dapat diamati dalam sistem klasik. Pelanggaran semacam itu merupakan prediksi penting teori kuantum.
Eksperimen pertama dilakukan pada tahun 1972 di Universitas California di Berkeley oleh Clauser, yang mengukur korelasi antara polarisasi pasangan foton yang tercipta dalam transisi atom. Dia menunjukkan bahwa ketidaksetaraan Bell dilanggar – yang berarti pasangan foton terjerat.
Namun, ada beberapa kekurangan atau “celah” dalam percobaan ini sehingga tidak dapat disimpulkan. Misalnya, ada kemungkinan bahwa foton yang terdeteksi bukanlah sampel yang adil dari semua foton yang dipancarkan oleh sumbernya – yang merupakan celah pendeteksian. Ada kemungkinan juga bahwa beberapa aspek eksperimen yang dianggap independen ternyata terhubung secara kausal – yang merupakan celah lokalitas.
Sepuluh tahun kemudian, pada tahun 1982, Aspect dan rekannya di Université Paris-Sud di Orsay, Prancis, menyempurnakan eksperimen Clauser dengan menggunakan skema deteksi dua saluran. Hal ini menghindari asumsi tentang foton yang terdeteksi. Mereka juga memvariasikan orientasi filter polarisasi selama pengukurannya. Sekali lagi, mereka menemukan bahwa ketidaksetaraan Bell telah dilanggar.
Celah ketiga
Celah lokalitas ditutup pada tahun 1998 oleh Zeilinger dan rekan-rekannya di Universitas Innsbruck di Austria. Mereka menggunakan dua generator bilangan acak kuantum yang sepenuhnya independen untuk mengatur arah pengukuran foton. Hasilnya, arah pengukuran polarisasi setiap foton ditentukan pada saat-saat terakhir, sehingga tidak ada sinyal yang bergerak lebih lambat dari kecepatan cahaya yang mampu mentransfer informasi ke sisi lain sebelum foton tersebut didaftarkan.
Selain mengkonfirmasi prediksi fundamental mekanika kuantum, ketiga eksperimen tersebut meletakkan dasar bagi pengembangan teknologi kuantum modern.
Berbicara pada konferensi pers ketika hadiah Nobel diumumkan, Zeilinger mengatakan dia “sangat terkejut” menerima telepon dari komite Nobel. “Penghargaan ini merupakan penyemangat bagi generasi muda dan penghargaan ini tidak akan mungkin terwujud tanpa lebih dari 100 generasi muda yang telah bekerja bersama saya selama bertahun-tahun. Saya sendiri tidak dapat mencapai hal ini.”
Zeilinger juga berharap hadiah tersebut dapat mendorong para peneliti muda.
“Saran saya kepada kaum muda adalah lakukan apa yang menurut Anda menarik dan jangan terlalu peduli dengan kemungkinan penerapannya. Di sisi lain, pengakuan ini sangat penting untuk pengembangan kemungkinan penerapan di masa depan. Saya ingin tahu apa yang akan kita lihat dalam 10-20 tahun ke depan.”
Dampak yang sangat besar
Sheila Rowan, presiden Institut Fisika, yang menerbitkan Dunia Fisika, mengucapkan selamat kepada ketiganya atas pengakuan “yang memang pantas” mereka terima. “Ini adalah bidang fisika dengan dampak yang berkelanjutan dan mendalam, pada tingkat mendasar untuk membantu memahami dunia di sekitar kita dan sedang dieksplorasi untuk digunakan dalam teknologi penginderaan dan komunikasi yang sangat baru saat ini,” tambahnya.
Fisikawan kuantum Artur Ekert dari Universitas Oxford mengatakan bahwa meskipun dia “senang” melihat ketiganya dan ketiganya mendapatkan penghargaan Nobel tahun ini, dia menambahkan bahwa “sangat disayangkan” John Bell, yang merumuskan kesenjangan tersebut, tidak mendapat penghargaan karena dia meninggal pada tahun 1990 dan hadiah Nobel tidak diberikan secara anumerta.
Ekert menambahkan bahwa kemunculan kriptografi kuantum telah memberikan motivasi tambahan untuk mendorong eksperimen ketidaksetaraan Bell hingga mencapai batasnya. “Dari dasar perspektif sains, menurut saya eksperimen ketidaksetaraan Bell harus dilakukan – eksperimen tersebut menyangkal pandangan dunia tertentu sehingga eksperimen ini penting,” tambah Ekert. “Memperbaiki semua celah dalam eksperimen semacam itu adalah cerita lain. Ini mungkin lebih penting untuk perspektif kriptografi kuantum karena jika kita ingin menggunakan ketidaksetaraan Bell untuk mendeteksi penyadapan, kita harus menutup celah tersebut.”
Memang benar, ucapan selamat juga datang dari mereka yang mencoba menggunakan karya Aspect, Clauser dan Zeilinger untuk aplikasi praktis. Dalam pernyataan bersama, Ilyas Khan dan Tony Uttley, masing-masing kepala eksekutif dan presiden perusahaan teknologi kuantum kuantum, mencatat bahwa mereka sangat senang” dengan pengumuman tersebut.
“Pengakuan atas kekuatan sistem informasi kuantum ini memang tepat waktu dalam banyak hal, namun yang terpenting adalah pengakuan luar biasa atas fakta bahwa kemajuan eksperimental mendukung revolusi teknologi kuantum yang sedang kita mulai.”
Kehidupan dalam sains
Aspect lahir di Agen, Perancis, pada tanggal 15 Juni 1947. Ia lulus “agrégation” – ujian nasional Perancis – dalam bidang fisika pada tahun 1969 dan menerima gelar Master dari Université d’Orsay dua tahun kemudian. Dia kemudian mengambil gelar PhD di Orsay, mengerjakan uji eksperimental ketidaksetaraan Bell, yang diselesaikannya pada tahun 1983.
Setelah menjadi dosen di Ecole Normale Supérieure de Cachan, yang dipegang Aspect saat ia sedang menyelesaikan gelar PhD, pada tahun 1985 ia bekerja di Collège de France di Paris. Pada tahun 1992 ia kemudian pindah ke Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique di Université Paris-Saclay.
Clauser lahir di Pasadena, California, pada tanggal 1 Desember 1942. Ia menerima gelar Sarjana Fisika dari California Institute of Technology pada tahun 1964 dan gelar Magister Fisika dua tahun kemudian. Pada tahun 1969 ia menerima gelar PhD di bidang fisika dari Universitas Columbia.
Dari tahun 1969 hingga 1975 Clauser menjadi peneliti di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley dan dari tahun 1975 hingga 1986 bekerja di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore. Setelah bertugas sebagai ilmuwan senior di perusahaan AS Science Applications International Corporation, pada tahun 1990 ia pindah ke Universitas California, Berkeley hingga tahun 1997 di mana ia kemudian fokus pada perusahaan penelitian dan konsultasinya J F Clauser & Associates.
Anton Zeilinger: pelopor kuantum
Zeilinger lahir di Ried im Innkreis, Austria, pada tanggal 20 Mei 1945. Pada tahun 1963 ia mulai belajar fisika dan matematika di Universitas Wina dan pada tahun 1971 menyelesaikan gelar PhD di bidang fisika atom. Ia kemudian bekerja di Institut Atom di Wina hingga tahun 1983 sebelum melanjutkan ke Universitas Teknologi Wina.
Pada tahun 1990 Zeilinger pindah ke Universitas Innsbruck dan pada tahun 1999 bekerja di Universitas Wina di mana ia juga menjadi direktur Institut Optik Kuantum dan Informasi Kuantum yang berbasis di Wina dari tahun 2004 hingga 2013. Pada tahun 2013 ia menjabat sebagai presiden Akademi Austria Ilmu Pengetahuan, posisi yang dipegangnya hingga tahun ini.
