Language
Country/Area
No result found
Perjalanan menakjubkan dalam fisika kuantum: Bagaimana mode nol Majorana muncul dalam superkonduktor?
Fermion Majorana, yang berasal dari teori yang diajukan oleh fisikawan Italia Ettore Majorana pada tahun 1937, adalah jenis fermion yang merupakan antipartikelnya sendiri. Sebaliknya, fermion Dirac biasa bukanlah antipartikelnya sendiri. Fermion Majorana sangat istimewa di antara partikel-partikel dalam model standar. Kecuali neutrino, semua partikel lainnya dapat dianggap sebagai fermion Dirac. Mengenai sifat neutrino, hal itu belum dapat dipastikan. Bisa jadi itu adalah fermion Majorana atau fermion Dirac.
Konsep fermion Majorana juga memiliki perluasan dalam fisika materi terkondensasi, yang muncul dari gerakan kolektif keadaan terikat erat, yang sering disebut mode nol Majorana.
Dalam superkonduktor, munculnya mode nol Majorana disebabkan oleh simetri elektron-lubang superkonduktor yang unik. Hal ini memungkinkan kuasipartikel dalam material superkonduktor untuk bertindak sebagai fermion Majorana, menyediakan platform eksperimental untuk mengeksplorasi fenomena ini. Keberadaan mode nol ini bukan hanya merupakan ide teoritis yang luar biasa, tetapi juga dapat memainkan peran penting dalam masa depan komputasi kuantum.
Teori inti Majorana
Konsep Majorana berasal dari keberadaan partikel spin-1/2 yang netral secara elektrik yang dapat dijelaskan oleh persamaan gelombang bernilai benar. Pengungkapan persamaan Majorana memungkinkan partikel-partikel ini untuk dilihat pada dasarnya sebagai antipartikel mereka sendiri, yang ditetapkan melalui hubungan konjugat yang kompleks. Tidak seperti fermion Dirac, operator penciptaan dan pemusnahan fermion Majorana adalah sama, sebuah properti yang memberikan wawasan baru dalam memahami perilaku mereka.
Mode nol Majorana dicirikan oleh properti statistik non-Abelian mereka, yang memungkinkan untuk melakukan operasi logis pada mode ini dalam komputasi kuantum.
Misalnya, pada beberapa bahan superkonduktor, mode nol Majorana mungkin terperangkap di antarmuka atau cacat, membentuk apa yang disebut status terikat Majorana. Perilaku statistik status terikat ini sangat berbeda dari fermion biasa, yang memberikan peluang baru untuk mengeksplorasi kemungkinan komputasi kuantum secara eksperimental.
Kemajuan eksperimental
Seiring dengan semakin mendalamnya penelitian komunitas ilmiah tentang mode nol Majorana, semakin banyak hasil eksperimental yang memberikan dukungan kuat. Pada tahun 2008, sebuah studi besar meramalkan bahwa status terikat Majorana dapat muncul di antarmuka antara isolator topologi dan superkonduktor. Selanjutnya, semakin banyak eksperimen yang menemukan tanda-tanda mode nol Majorana, termasuk eksperimen di Universitas Teknologi Delft di Belanda pada tahun 2012, yang mengamati pengikatan Majorana di kedua ujungnya dalam kondisi tertentu. Puncak konduktivitas yang disebabkan oleh status tersebut.
Ilmuwan menggunakan teknologi mikroskopi pemindaian terowongan suhu rendah untuk mengamati sinyal karakteristik keadaan terikat Majorana, yang menjadi dasar komputasi kuantum masa depan.
Namun, seiring berjalannya eksperimen, para ilmuwan juga menunjukkan bahwa beberapa keadaan pseudo-Majorana mungkin meniru fenomena, sehingga pengujian dan konfirmasi yang berkelanjutan sangat penting. Misalnya, penelitian yang dilakukan di Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok pada tahun 2018 mengamati tanda-tanda pertama partikel Majorana dalam materi murni, tetapi penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa keadaan elektronik lainnya dapat menunjukkan fitur terkuantisasi yang serupa.
Penerapan Majorana dalam komputasi kuantum
Keadaan terikat Majorana memiliki aplikasi potensial, terutama dalam koreksi kesalahan kuantum. Dengan menciptakan apa yang disebut «cacat puntiran», mode Majorana yang tidak berpasangan ini mampu menyimpan dan memproses informasi kuantum. Teknologi ini dekat dengan operasi rantai dalam komputasi kuantum dan dapat secara efektif menekan kesalahan dalam proses komputasi kuantum.
Yang paling mencolok adalah bahwa keberadaan Majorana tidak hanya menerobos kerangka fisika tradisional, tetapi juga merupakan harapan masa depan komputasi perintis. Penelitian lebih lanjut dapat mengungkap rutinitas fisik yang lebih dalam dan potensi penerapannya.
Penemuan dan penerapan mode nol Majorana mendefinisikan ulang pemahaman kita tentang fisika partikel dan fisika materi terkondensasi. Dengan lompatan teknologi eksperimental di masa depan dan pendalaman penelitian teoritis, kita mungkin dapat mengungkap lebih jauh misteri dunia kuantum. Di balik semua ini, apakah ini menyiratkan bahwa ada hukum fisika yang lebih dalam yang menunggu untuk kita jelajahi?
