Desain perangkat yang menggunakan neutron belum pernah berhasil dibuktikan, meskipun teknik sintesis eksperimental dan studi momentum sudut orbital pada foton dan elektron sedang diteliti secara ekstensif. Neutron memiliki sifat unik, oleh karena itu, para peneliti harus membangun alat baru dan mengembangkan pendekatan baru untuk bekerja dengannya.
Para ilmuwan di Institute for Quantum Computing (IQC) telah mengembangkan perangkat yang menghasilkan neutron bengkok dengan orbital yang ditentukan dengan jelas momentum sudut untuk pertama kalinya dalam sejarah eksperimental. Pencapaian ilmiah yang inovatif ini, yang sebelumnya dianggap mustahil, menawarkan cara baru bagi para ilmuwan untuk menyelidiki pertumbuhan material kuantum generasi mendatang, dengan penerapan mulai dari komputasi kuantum untuk menemukan dan menyelesaikan masalah baru dalam fisika fundamental.
Dusan Sarenac, peneliti di IQC dan pimpinan teknis Transformative Quantum Technologies di Universitas Waterloo, mengatakan, "neutron adalah penyelidikan yang kuat untuk karakterisasi material kuantum yang muncul karena mereka memiliki beberapa fitur unik. Mereka memiliki panjang gelombang berukuran nanometer, netralitas listrik, dan massa yang relatif besar. Fitur-fitur ini berarti neutron dapat menembus material yang tidak dapat dilewati oleh sinar-X dan cahaya.”
Anggota fakultas IQC dan Departemen Fisika dan Astronomi Dr. Dmitry Pushin dan kelompoknya membangun struktur kisi silikon kecil yang menyerupai garpu untuk studi mereka. Perangkat ini sangat kecil sehingga lebih dari enam juta kisi fase dislokasi garpu dapat ditemukan hanya dalam ukuran 0.5 cm kali 0.5 cm. Masing-masing neutron mulai berputar dalam pola pembuka botol ketika aliran neutron tunggal melewati perangkat ini. Kamera neutron khusus merekam gambar neutron setelah menempuh jarak 19 meter. Kelompok tersebut memperhatikan bahwa setiap neutron telah tumbuh menjadi jejak berbentuk donat selebar 10 cm.
Pola donat dari neutron yang disebarkan menunjukkan bahwa mereka telah ditempatkan dalam keadaan heliks khusus dan bahwa perangkat kisi kelompok tersebut telah menghasilkan berkas neutron dengan momentum sudut orbital terkuantisasi, pencapaian eksperimental pertama dari jenisnya.
Dmitry Pushin, anggota fakultas IQC dan Departemen Fisika dan Astronomi di Waterloo, tersebut, “Neutron telah populer dalam verifikasi eksperimental fisika fundamental, menggunakan tiga derajat kebebasan yang mudah diakses: putaran, jalur, dan energi. Dalam eksperimen ini, kelompok kami telah mengaktifkan penggunaan momentum sudut orbital dalam berkas neutron, memberikan tambahan derajat kebebasan terkuantisasi. Dalam melakukan hal ini, kami sedang mengembangkan kotak peralatan untuk mengkarakterisasi dan memeriksa material rumit yang diperlukan untuk perangkat kuantum generasi berikutnya seperti simulator kuantum dan komputer kuantum.”
Referensi Jurnal:
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson, dkk. Realisasi eksperimental gelombang heliks neutron. Kemajuan ilmu pengetahuan. DOI: 10.1126/sciadv.add2002
