Sains
Ilmuwan: Baterai Kuantum Bisa Terisi Spontan dengan Mengacak Hukum Kausalitas
ANTARIKSA -- Penelitian baru menunjukkan bahwa baterai kuantum level selanjutnya bisa memperoleh muatan dengan melanggar hukum kausalitas konvensional. Ya, baterai konvensional mengisi daya dengan mengubah energi listrik menjadi energi kimia dalam skala elektron yang sangat banyak.
Namun dalam uji pembuktian prinsip baru, para peneliti menemukan bagaimana efek kuantum yang aneh bisa menyebabkan baterai mengisi daya lebih cepat dan lebih efisien dengan mengacak sebab dan akibat. Penelitian itu telah terbit di jurnal Physical Review Letters pada 14 Desember 2023, lalu.
Scroll untuk membaca
Scroll untuk membaca
Kausalitas, atau hubungan antara sebab dan akibat, tidak selalu jelas dalam mekanika kuantum. Sementara, mekanika kuantum adalah rangkaian aneh yang mengatur dunia ini.
“Biasanya, jika peristiwa A terjadi lebih dulu dan menyebabkan peristiwa B, diasumsikan bahwa B tidak bisa menyebabkan A pada saat yang sama,” kata rekan penulis pertama penelitian itu, Yuanbo Chen kepada Live Science.
Baca Juga: Manusia Bisa Membuat Baterai tanpa Batas dari Kekuatan Lubang Hitam, Begini Caranya
Namun, fisikawan di Universitas Tokyo itu menjelaskan, kemajuan terkini dalam teori fisika mengisyaratkan bahwa dalam kerangka tertentu, skenario di mana 'A menyebabkan B' dan 'B menyebabkan A' secara bersamaan bisa terjadi.
Prinsip superposisi kuantum tersebut memungkinkan partikel berada di banyak keadaan berbeda secara bersamaan. Setidaknya, sampai partikel tersebut memilih suatu keadaan tempatnya mendarat.
Unsur apa pun dari objek kuantum, seperti momentum dan lokasi, bisa eksis dalam superposisi. Sementara, superposisi adalah sebuah kemungkinan acak dari setiap keadaan yang mungkin terjadi, dan hanya akan runtuh menjadi keadaan tertentu ketika hasil objek tersebut terlihat.
Kesadaran tersebut telah mengarahkan para fisikawan melakukan segala jenis eksperimen aneh yang bertentangan dengan gagasan intuitif kita tentang apa yang mungkin terjadi. Itu termasuk eksperimen bagaimana sebuah partikel bisa ada dan tiada di banyak tempat berbeda pada waktu yang sama.
Namun superposisi tidak hanya mengacaukan perasaan intuitif kita akan ruang, tapi juga mengacaukan rasa kausalitas kita. Pada tahun 2009, fisikawan menggunakan perangkat yang disebut saklar kuantum untuk mengamati fenomena yang disebut tatanan sebab akibat tak terbatas.
Baca Juga: Ilmuwan: Mesin Fusi Magnetik Bisa Membawa Kita Melintasi Tata Surya hingga Ruang Antarbintang
Dengan mengirimkan partikel cahaya, atau foton ke sepasang jalur yang berbeda, para fisikawan membuatnya terpecah menjadi dua kemungkinan versinya sendiri: yang satu melalui jalur pertama, dan yang lainnya melalui jalur kedua. Kemudian, bergantung pada jalur yang diambil foton, fisikawan menerapkan dua proses berbeda dalam urutan berbeda bergantung pada jalurnya.
Hasilnya adalah sebuah foton yang kausalitasnya acak berada dalam superposisi kuantum di mana kedua urutan kejadian tersebut sama-sama benar. “Katakanlah kita memiliki dua proses: A dan B. Dengan saklar kuantum, Anda bisa membuat superposisi: pertama terapkan A lalu B dan pertama terapkan B lalu A," kata Chen.
Chen dan timnya bertanya-tanya apakah mereka bisa memasukkan prinsip tersebut ke dalam baterai kuantum? Baterai kuantum adalah sebuah perangkat hipotesis yang secara teoritis bisa menyimpan energi foton dan mengisi daya lebih cepat daripada baterai elektrokimia konvensional manapun.
Mereka membandingkan tiga metode pengisian daya, yaitu menghubungkan dua pengisi daya ke baterai secara berurutan, bersamaan, atau dalam superposisi yang membuat urutan menjadi tidak mungkin. Perhitungan mereka menunjukkan, metode superposisi memungkinkan pengisi berdaya rendah yang diacak secara kausal menghasilkan lebih banyak energi dalam waktu singkat, dibandingkan pengisi daya konvensional berdaya tinggi.
Mereka kemudian menindaklanjuti perhitungan dengan eksperimen pembuktian prinsip menggunakan cahaya. Dengan mengirimkan foton melalui saklar kuantum dengan dua kemungkinan jalur, para peneliti membagi partikel cahaya menjadi dua versi yang mungkin, masing-masing melintasi jalur yang berbeda.
Kemudian, setelah mengarahkan cahaya ke dua masukan yang akan mempolarisasikannya dalam urutan berbeda (A lalu B atau B lalu A), para peneliti mengukur polarisasi akhir. Mereka menemukan bahwa masing-masing foton telah dipolarisasi acak secara kausal.
Baca Juga: Mengenal Fusi Nuklir, Sumber Cahaya Matahari
Para ilmuwan mengatakan, tantangan berikutnya adalah menciptakan baterai kuantum secara fisik. Namun, bukti eksperimental pertama fisik baterai kuantum baru dipublikasikan tahun lalu, sehingga wujud baterai itu kemungkinan tidak akan terlihat dalam waktu dekat.
“Mengingat situasi saat ini yang ditandai dengan terbatasnya upaya eksperimental dan eksplorasi teoritis yang berlangsung di bidang baterai kuantum, sulit untuk memperkirakan jangka waktu yang tepat untuk mencapai hasil yang konklusif,” kata Chen. Sumber: Live Science
Ikuti Ulasan-Ulasan Menarik Lainnya dari Penulis Klik di Sini
