Di dunia kita yang terus berdetak dan mengayunkan pendulum.

Perjalanan waktu tampaknya hanya menghitung detik antara “masa lalu “dan” masa kini.”

Namun, pada skala kuantum, elektron melompat-lompat tanpa terduga, membuat “masa lalu” menjadi tidak pasti dan” masa kini “ menjadi kabur. Stopwatch konvensional tidak berguna dalam konteks seperti itu.

Pada tahun 2022, para peneliti dari Universitas Uppsala Swedia mengusulkan solusi dengan menemukan jawaban dalam pola kabut kuantum. Mereka bereksperimen dengan sifat gelombang negara bagian Rydberg, mengungkapkan cara baru untuk mengukur waktu tanpa memerlukan titik awal yang tepat.

Atom Rydberg, sering dibandingkan dengan “balon” di dunia partikel, mengembang dengan laser, bukan udara. Elektron mereka didorong ke tingkat energi yang sangat tinggi, mengorbit jauh dari inti. Namun, tidak setiap pulsa laser menggembungkan atom ke proporsi “kartun”. Seringkali, laser digunakan untuk merangsang elektron dengan lembut ke keadaan energi yang lebih tinggi untuk berbagai tujuan ilmiah.

Dalam beberapa aplikasi, laser kedua dapat memantau perubahan posisi elektron untuk melacak perjalanan waktu. Teknik “pompa-probe” ini biasanya digunakan untuk mengukur kecepatan perangkat elektronik yang sangat cepat.

Atom yang menarik ke dalam status Rydberg adalah alat yang berharga bagi para insinyur yang merancang komponen komputasi kuantum baru. Fisikawan memiliki pengetahuan luas tentang bagaimana elektron bergerak dalam keadaan ini. Namun, sebagai entitas kuantum, pergerakan elektron jauh dari teratur, menyerupai permainan roulette di mana setiap lompatan dipenuhi dengan keacakan.

Aturan matematika yang mengatur “roulette” elektron Rydberg ini dikenal sebagai paket gelombang Rydberg. Seperti gelombang nyata, ketika beberapa paket bertemu, mereka menciptakan pola interferensi yang unik. Ketika cukup banyak paket gelombang Rydberg berkumpul di “kolam” atom yang sama, pola riak khas mereka dapat mewakili waktu yang dibutuhkan untuk evolusi timbal balik mereka.

“Sidik jari” kali ini membuat penasaran para fisikawan yang melakukan percobaan. Mereka mendemonstrasikan bahwa “sidik jari” ini stabil dan cukup andal untuk digunakan sebagai metode kuantum untuk menandai waktu.

Tim peneliti mengukur hasil atom helium yang dieksitasi dengan laser dan membandingkannya dengan prediksi teoretis, yang menunjukkan bagaimana hasil unik ini dapat menandai berlalunya waktu.

“Jika Anda menggunakan penghitung, Anda perlu menentukan titik awal untuk mulai menghitung,” jelas Dr. Marta Berholts dari Universitas Uppsala dalam wawancara tahun 2022 dengan New Scientist. “Keuntungan dari metode ini adalah Anda tidak perlu memulai jam; Anda cukup mengamati struktur interferensi dan berkata,’ Oh, 4 nanodetik telah berlalu.”

Panduan yang terus berkembang untuk paket gelombang Rydberg dapat digabungkan dengan teknik spektroskopi probe pompa lainnya untuk mengukur peristiwa mikroskopis di mana” sekarang “dan” masa lalu “ menjadi kabur atau sulit untuk didefinisikan.

Kuncinya adalah bahwa sidik jari waktu ini tidak memerlukan “masa lalu” atau “masa kini” sebagai titik awal atau akhir. Ini mirip dengan mengatur waktu pelari yang tidak dikenal menggunakan sekelompok pelari dengan kecepatan yang konsisten.

Dengan mengamati sinyal interferensi status Rydberg dalam sampel, teknisi dapat menghitung waktu kejadian sesingkat 1,7 pikodetik.

Eksperimen pengaturan waktu kuantum di masa mendatang dapat menggunakan atom selain helium atau menerapkan pulsa laser dengan energi yang bervariasi, memperluas basis data sidik jari waktu untuk memenuhi beragam persyaratan.