Diposting Sabtu, 11 September 2010 jam 2:36 am oleh Gun HS

Dadu Kuantum: Perangkat Sederhana Penghasil Kombinasi Acak Sejati

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Sabtu, 11 September 2010 -


Di balik setiap kebetulan terletak rencana – setidaknya dalam dunia fisika klasik. Pada prinsipnya, setiap peristiwa, termasuk jatuhnya dadu atau hasil dari sebuah permainan rolet, dapat dijelaskan dalam bahasa matematika.

Para peneliti di Max Planck Institute for the Physics of Light in Erlangen telah membangun sebuah perangkat yang bekerja pada prinsip keacakan sejati. Dengan bantuan fisika kuantum, mesin ini menghasilkan nomor acak sejati yang tidak dapat diprediksi sebelumnya. Para peneliti memanfaatkan fakta bahwa pengukuran berdasarkan fisika kuantum hanya dapat menghasilkan hasil yang khusus dengan tingkat probabilitas tertentu, yaitu, secara acak. Nomor acak diperlukan untuk enkripsi data yang aman dan handal memungkinkan simulasi proses ekonomi dan perubahan iklim.

Penelitian ini dipublikasikan secara online dalam jurnal Nature Photonics (29 Agustus 2010).

Fenomena yang biasa kita sebut sebagai kebetulan ini sebenarnya hanyalah masalah kurangnya pengetahuan. Jika kita tahu lokasi, kecepatan dan karakteristik klasik lainnya dari semua partikel di alam semesta dengan kepastian yang mutlak, kita akan bisa memprediksi hampir semua proses dalam pengalaman di dunia sehari-hari. Bahkan mungkin untuk memprediksi hasil dari teka-teki atau nomor undian. Sekalipun mereka dirancang untuk tujuan ini, hasil yang disediakan oleh program komputer akan menjadi jauh dari acak: “Mereka hanya mensimulasikan keacakan tetapi dengan bantuan tes kecocokan dan volume yang cukup data, pola biasanya dapat diidentifikasi,” kata Christoph Marquardt.

Menanggapi masalah ini, sekelompok peneliti bekerjasama dengan Gerd Leuchs dan Christoph Marquardt dari Max Planck Institute for the Physics of Light and the University of Erlangen-Nuremberg dan Ulrik Andersen dari Technical University of Denmark telah mengembangkan generator untuk nomor acak sejati.

Keacakan sejati hanya ada di dunia mekanika kuantum. Sebuah partikel kuantum akan tetap di satu tempat atau lainnya dan bergerak pada satu kecepatan atau lainnya dengan tingkat probabilitas tertentu. “Kami memanfaatkan keacakan proses mekanika kuantum ini untuk menghasilkan nomor acak,” kata Christoph Marquardt.

Para ilmuwan menggunakan fluktuasi vakum sebagai dadu kuantum. Fluktuasi tersebut memiliki karakteristik lain dari dunia kuantum: tidak ada yang tidak ada di sana. Bahkan dalam kegelapan mutlak, energi dari sepotong foton tersedia dan, meskipun tetap tak terlihat, ia meninggalkan jejak yang terdeteksi dalam pengukuran canggih: jejak-jejak ini mengambil bentuk derau (bising/noise) kuantum. Derau yang sepenuhnya acak ini hanya muncul ketika fisikawan mencarinya, yaitu, ketika mereka melakukan pengukuran.

Untuk membuat derau kuantum terlihat, para ilmuwan terpaksa menggunakan trik: mereka membagi sinar laser yang kuat ke dalam bagian yang sama dengan menggunakan sinar pembelah. Sebuah sinar pembelah memiliki dua lubang input dan dua lubang output. Para peneliti menutupi lubang input kedua untuk memblokir cahaya masuk. Bagaimanapun juga, fluktuasi-fluktuasi vakum itu masih ada di situ dan mereka mempengaruhi sinar output parsial. Para ilmuwan kemudian mengirim mereka ke detektor dan mengukur intensitas aliran foton. Setiap foton menghasilkan elektron, dan arus listrik yang dihasilkannya teregristasi oleh detektor.

Ketika para ilmuwan mengurangi pengukuran kurva yang dihasilkan oleh dua detektor satu sama lain, mereka tidak meninggalkan apa-apa. Yang tersisa hanyalah derau kuantum. “Selama pengukuran fungsi gelombang kuantum mekanika dikonversikan ke dalam nilai yang terukur,” kata Christian Gabriel, yang melakukan percobaan dengan generator acak bersama koleganya di Institut Max Planck, “hasil statistik ditetapkan tetapi intensitas terukur tetap menjadi masalah kebetulan murni.” Bila diplot dalam kurva lonceng berbentuk Gaussian, nilai-nilai terlemah sering muncul, sementara yang terkuat jarang terjadi. Para peneliti membagi kurva intensitas berbentuk lonceng disebarkan menjadi bagian-bagian dengan ukuran luas yang sama dan diberi nomor untuk setiap bagian.

Para peneliti menguraikan teka-teki mekanika kuantum ini bukan sekedar untuk menghabiskan waktu saat istirahat kopi mereka. “Nomor acak sejati sulit untuk dihasilkan tetapi dibutuhkan untuk banyak aplikasi,” kata Gerd Leuchs, Direktur Max Planck Institute for the Physics of Light in Erlangen. Teknologi pengamanan, khususnya, membutuhkan kombinasi nomor acak guna mengkodekan data bank untuk transfer. Nomor acak juga dapat digunakan untuk mensimulasikan proses kompleks yang hasilnya tergantung pada probabilitas. Sebagai contoh, para ekonom menggunakan simulasi Monte Carlo untuk memprediksi perkembangan pasar dan para ahli meteorologi menggunakannya untuk model perubahan cuaca serta iklim.

Ada alasan bagus mengapa para ahli fisika di Erlangen memilih menghasilkan nomor acak dengan menggunakan fluktuasi vakum yang sangat kompleks daripada proses kuantum acak lainnya. Ketika fisikawan mengamati distribusi kecepatan elektron atau derau kuantum sebuah laser, misalnya, derau kuantum acak biasanya dilapisi derau klasik, derau yang tidak acak. “Ketika kami ingin mengukur derau kuantum suatu sinar laser, kami juga mengamati derau klasik yang berasal, misalnya, dari getaran cermin,” kata Christoffer Wittmann yang juga bekerja pada eksperimen tersebut. Pada prinsipnya, getaran cermin dapat dihitung sebagai sebuah proses fisika klasik dan karena itu menghancurkan permainan acak dari kebetulan.

“Memang, kami juga mendapatkan sejumlah derau klasik dari pengukuran elektronik,” kata Wolfgang Mauerer yang mempelajari aspek eksperimen tersebut. “Tapi kami tahu sistem kami sangat baik dan bisa mengkalkulasi derau ini dengan sangat akurat dan menghapusnya.”

“Fluktuasi vakum menyediakan nomor acak yang unik,” kata Christoph Marquardt. Dengan proses kuantum lain, bukti ini lebih sulit untuk disediakan dan memunculkan bahaya mata-mata data mendapatkan salinan nomor. “Inilah apa yang ingin kita hindari dalam kasus nomor acak untuk kunci data,” kata Marquardt.

Meskipun dadu kuantum didasarkan pada fenomena misterius dari dunia kuantum yang sepenuhnya berlawanan dengan pengalaman sehari-hari, para ahli fisika tidak memerlukan peralatan khusus yang canggih untuk mengamati mereka. Komponen teknis generator acak mereka dapat ditemukan di antara peralatan dasar yang digunakan di banyak laboratorium laser. “Kita tidak perlu laser yang sangat bagus atau detektor mahal untuk mengaturnya,” jelas Kristen Gabriel. Hal ini, tidak diragukan lagi, merupakan salah satu alasan mengapa banyak perusahaan telah menyatakan minatnya untuk mengakuisisi teknologi ini bagi penggunaan komersial.

Sumber: sciencedaily.com

Gun HS
There's only one thing I figured about myself: Complex
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.