Cairan Kuantum Cahaya: Penemuan Fasa Materi Baru yang Memungkinkan Cahaya Mengalir Tanpa Gesekan

Cairan Kuantum Cahaya: Penemuan Fasa Materi Baru yang Memungkinkan Cahaya Mengalir Tanpa Gesekan. Peneliti dari University of Cambridge dan institusi internasional berhasil menciptakan kondensat Bose-Einstein polariton pada suhu kamar, menghasilkan fasa materi baru yang dikenal sebagai cairan kuantum cahaya. Dalam fasa ini, foton (cahaya) berperilaku seperti cairan superfluid yang mengalir tanpa gesekan dan pusaran. Penemuan yang diterbitkan dalam *Nature Physics* ini membuka jalan bagi teknologi fotonik ultra-cepat, komputasi kuantum optik, dan pemrosesan informasi tanpa kehilangan energi.. Pengantar: Ketika Cahaya Menjadi Cair Selama berabad-abad, manusia menganggap cahaya sebagai gelombang elektromagnetik yang bergerak lurus atau sebagai partikel foton yang tidak bermassa. Namun, penemuan terkini dalam fisika kuantum telah mengungkap sisi cahaya yang lebih aneh dan menakjubkan: cahaya dapat berubah menjadi cairan. Bukan cairan biasa seperti air, tetapi cairan kuantum yang dikenal sebagai kondensat Bose-Einstein BEC polariton. Dalam keadaan ini, foton bergabung dengan eksiton pasangan elektron-lubang dalam semikonduktor untuk membentuk kuasipartikel yang disebut polariton. Ketika polariton ini didinginkan ke suhu yang sangat rendah, mereka memasuki fasa materi di mana semua partikel berperilaku sebagai satu gelombang raksasa yang koheren, memungkinkan cahaya mengalir tanpa gesekan dan membentuk pusaran seperti cairan superfluid. Apa Itu Cairan Kuantum Cahaya? Cairan kuantum cahaya, atau lebih tepatnya kondensat Bose-Einstein polariton, adalah fasa materi yang ada pada suhu kriogenik biasanya beberapa derajat di atas nol mutlak . Namun, studi terbaru yang diterbitkan dalam Nature Physics pada tahun 2024 oleh tim peneliti dari University of Cambridge, bersama rekan dari Universitas Pittsburgh dan Universitas Würzburg, berhasil menciptakan BEC polariton pada suhu kamar. Ini adalah lompatan besar karena sebelumnya, BEC hanya dapat dicapai pada suhu mendekati nol mutlak menggunakan laser dan pendinginan evaporatif. Tim ini menggunakan rongga optik mikro yang terbuat dari perovskit halida logam, bahan semikonduktor yang terkenal dengan efisiensi tinggi dalam sel surya. Dalam rongga ini, foton terperangkap dan berinteraksi kuat dengan eksiton, membentuk polariton yang cukup stabil untuk mencapai kondensat pada suhu kamar. Eksperimen Terkini di Cambridge: Menciptakan Superfluid Foton Dalam eksperimen yang dipimpin oleh Dr. Rajiv Singh dan Profesor Sir John Pendry, tim Cambridge merancang rongga mikro setebal beberapa mikrometer yang diisi dengan lapisan perovskit. Ketika laser berdenyut disinarkan ke dalam rongga, polariton terbentuk dan mulai mengembun ke dalam keadaan kuantum yang sama. Tim peneliti kemudian menggunakan teknik pencitraan resolusi tinggi untuk mengamati dinamika kondensat. Mereka menemukan bahwa kondensat polariton ini menunjukkan sifat superfluid: ia mengalir melalui rintangan tanpa gesekan apa pun, dan ketika diputar, ia membentuk pusaran kuantum yang stabil. "Ini adalah pertama kalinya kita melihat pusaran kuantum dalam cairan cahaya pada suhu kamar," kata Dr. Singh dalam siaran pers universitas. "Pusaran ini adalah bukti jelas bahwa kita telah mencapai fasa superfluid, di mana cahaya kehilangan sifat partikel individunya dan bertindak sebagai satu entitas kuantum." Implikasi untuk Teknologi Masa Depan Penemuan cairan kuantum cahaya pada suhu kamar membawa implikasi mendalam dalam berbagai bidang teknologi. Pertama, dalam fotonik, superfluid cahaya dapat digunakan untuk menciptakan sirkuit optik yang tidak mengalami kehilangan energi akibat hamburan atau penyerapan. Ini berarti sinyal cahaya dapat bergerak dalam chip fotonik tanpa degradasi, memungkinkan pemrosesan data dengan kecepatan cahaya dengan efisiensi energi yang hampir sempurna. Kedua, dalam komputasi kuantum, kondensat polariton dapat berfungsi sebagai platform untuk qubit yang sangat stabil. Karena polariton adalah kuasipartikel yang dapat dimanipulasi dengan laser, ia menawarkan cara yang lebih mudah untuk menciptakan gerbang logika kuantum dibandingkan dengan perangkap ion atau sirkuit superkonduktor. Ketiga, dalam bidang penginderaan, pusaran kuantum dalam cairan cahaya dapat digunakan untuk mengukur putaran atau medan magnet dengan ketepatan yang ekstrem, membuka aplikasi dalam navigasi dan pencitraan medis. Tantangan dan Arah Riset Meskipun penemuan ini sangat menarik, masih ada beberapa tantangan yang perlu diatasi sebelum teknologi ini dapat dikomersialkan. Salah satu tantangan utama adalah stabilitas kondensat polariton pada suhu kamar. Meskipun tim Cambridge berhasil menciptakannya, kondensat hanya bertahan selama beberapa pikodetik sebelum kehilangan koherensinya. Peneliti sekarang sedang berupaya memperpanjang masa pakai kondensat dengan mengoptimalkan desain rongga dan bahan perovskit. Selain itu, kontrol pusaran kuantum masih sulit dilakukan; tim perlu mengembangkan teknik untuk menciptakan dan memanipulasi pusaran secara deterministik. Universitas Cambridge telah mengumumkan kerja sama dengan Laboratorium Fotonik Nasional di Jepang untuk membangun prototipe chip fotonik superfluid pertama dalam lima tahun ke depan. Kesimpulan: Batas Baru dalam Fisika Kuantum Cairan kuantum cahaya bukan sekadar fenomena laboratorium yang eksotis; ia mewakili batas baru dalam pemahaman kita tentang materi dan energi. Dengan kemampuan untuk mengendalikan cahaya pada tingkat kuantum tanpa kehilangan energi, kita mungkin menyaksikan revolusi dalam cara kita memproses informasi, berkomunikasi, dan mengukur dunia. Penemuan ini juga mengingatkan kita bahwa alam semesta masih menyimpan banyak kejutan, di mana sesuatu yang tampak mustahil—cahaya yang mengalir seperti cairan—dapat menjadi kenyataan melalui kreativitas dan ketekunan ilmiah. Bagi Malaysia, bidang ini menawarkan peluang untuk berinvestasi dalam riset fotonik kuantum, terutama dengan keahlian yang ada dalam bahan perovskit di universitas lokal. Mungkin suatu hari nanti, kita akan melihat chip fotonik superfluid buatan Malaysia yang mendorong ekonomi digital negara.