Fenomena Noise Dikembangkan pada Sistem Kuantum, Apa Manfaatnya?

Dipublikasikan oleh Siti Nur Rahmawati

28 Juli 2022, 12.24

mediaindonesia.com

Derau (noise) merupakan sinyal-sinyal yang tak diinginkan yang selalu terdapat di dalam sebuah sistem disebabkan oleh pengaruh lingkungan. Pada kehidupan sehari-hari fenomena ini sering kita temui, semisal, "pola semut" pada TV disebabkan oleh cuaca buruk atau pemasangan kabel yang tak benar. Tetapi, untuk partikel kecil berskala molekul, dunia kuantum, noise yang disebabkan oleh gangguan lingkungan justru bisa membantu dan bahkan menaikkan efisiensi dari sistem tertentu. Menariknya lagi, sistem itu bukanlah buatan manusia, melainkan ada di alam semenjak dahulu, yakni pada tanaman dan alga.

Perilaku benda-benda pada skala keril (subnanometer) diterangkan fisika kuantum. Semenjak kemunculannya hingga kini, kuantum sudah menjadi jiwa untuk pengembangan teknologi modern.

Teknologi berbasis fisika kuantum sejatinya bukan hal baru untuk peradaban manusia. Faktanya, seluruh perangkat elektronik yang kita gunakan kini dibuat dari material yang pada mulanya ditemukan dengan menggunakan teori kuantum. Tetapi, perkembangan ilmu kuantum pada abad ke-21 sudah mewujudkan aplikasi lebih revolusioner, dari komputasi kuantum, kriptografi kuantum, hingga untuk menjelaskan asal usul kesadaran manusia (consciousness).

Pada awal abad ke-20, muncullah teori-teori baru yang menerangkan beberapa fenomena penting yang sebelumnya tak bisa dijelaskan fisika klasik. Fenomena-fenomena itu menyangkut benda sehari­hari, yaitu cahaya. Diantaranya yaitu mengapa benda-benda ketika dipanaskan sampai ribuan derajat berpendar dengan warna tertentu disebut sebagai "radiasi benda hitam". Telaah tentang sifat cahaya dan partikel subatomik yang dilaksanakan Planck, Einstein, Bohr, dan lainnya itu lalu dipadukan Schroedinger, Heisenberg, dan sebagai teori mekanika kuantum.

Perbedaan dunia kuantum dengan dunia sehari-hari adalah suatu partikel tak berlaku seperti "bola" yang mempunyai bentuk atau posisi yang pasti, namun seperti gelombang yang tak memiliki posisi pasti, namun mempunyai puncak-puncak di berbagai tempat. Puncak-puncak itulah yang menjadi tempat paling mungkin untuk menemukan partikel tersebut. Alhasil, sebuah partikel bisa menempati banyak posisi dan keadaan serara bersamaan (disebut sebagai superposisi).

Teori kuantum memprediksi beberapa unsur, contohnya si­likon, mempunyai sifat unik, yakni semikonduktor. Benda itu bisa menghantarkan listrik (konduk­tor) ataupun tidak menghantarkan listrik (isolator), tergantung pada besaran tegangan listrik yang masuk. Pada pertengahan abad ke 20, transistor (saklar listrik) yang dibuat dari bahan semikonduktor berhasil menjadi building block bagi komputer yang perkembangannya sangat pesat. Tiap kurun waktu 2 tahun, ukurannya bertambah kecil maka dari itu jumlahnya dalam komputer berlipat ganda. Sampai saat ini, 1 cip seukuran ibu jari yang terdapat di komputer atau ponsel kita saat ini dapat mengandung milyaran transistor.

Tahun 2007 ditemukan bahwa efek kuantum berperan dalam proses fotosintesis, yang dilakukan tanaman berdaun dan sebagian alga. Hal itu mengegetkan sebab biasanya efek kuantum serupa baru muncul pada ukuran jauh lebih kecil (atomik), jauh lebih dingin (hampir O kelvin), atau jauh lebih teratur; sistem kuan­tum umumnya sangat rapuh.

Cahaya matahari datang mengeksitasi (meningkatkan energi elek­tron) molekul klorofil yang bentuknya rantai kompleks. Energi dalam bentuk eksitasi itu lalu merambat pada rantai tersebut sebelum akhirnya tiba pada molekul tujuannya. Sepanjang perjalanannya eksitasi diganggu lingkungan, yang terdiri dari molekul air dan protein lain, sehingga jumlah yang selamat sampai tujuan berkurang.

Pada sistem itu, noise lingkungan berupa fluktuasi termal bisa mencegah efek penahanan tersebut sehingga transpor menjadi lebih cepat dan efisien. Disinilah ditunjukkan bahwa noise tak selalu berperan sebagai perusak. Fenomena ini ditemukan pula pada sistem lain seperti fiber optik dan sirkuit superkon­duktor.

Di Indonesia, pengembangan dari fenomena noise pada sistem kuantum itu dilaksanakan oleh anggota Laboratorium Fisika Teoretik Energi Tinggi Institut Teknologi Bandung (ITB), dengan menggunakan perhitungan analitis dan simulasi komputer.

 


Disadur dari sumber research.lppm.itb.ac.id