Halo Sobat100, kali ini tim100 menghadirkan informasi kaitannya antara film dan sains. Sobat100 tentunya kalian suka dengan menonton film kan? Pernahkah kalian mennton film Star Trek?

Dunia Film memvisualkan teleportasi

Dalam film Star Trek dipertontonkan suatu alat transportasi yang mampu melakukan teleportasi baik benda maupun manusia. Dua tahapan dalam proses teleportasi ini adalah dematerilisasi dan rematerilisasi.

Dalam bukunya The Physics of Star Trek, fisikawan teoritis dan kosmologi Amerika, Lawrence Maxwell Krauss menjelaskan adanya perbedaan antara mentransportasikan informasi dan suatu atom. Krauss mencatat bahwa energi ikat elektron di sekitar inti adalah sangat kecil (~ 1 eV) dibandingkan dengan energi ikat yang memegang inti (~10 MeV) bersama – sama. Dia mencatat bahwa "Jika kita memanaskan inti sekitar 10¹² derajat (sekitar satu juta kali lebih panas dari suhu inti Matahari), maka tidak hanya quark akan kehilangan energi yang mengikat mereka, tetapi pada sekitar suhu ini materi tiba – tiba akan kehilangan hampir semua massa. Materi akan berubah menjadi radiasi atau, dalam bahasa transporter kami, materi akan dematerilisasi. Dalam satuan energi, ini menghasilkan sekitar 10 persen dari massa diam proton dan neutron dalam bentuk panas. Untuk memanaskan sampel ukuran manusia ke tingkat ini akan karenanya memerlukan, sekitar 10 persen dari energi yang dibutuhkan untuk memusnahkan bahan-atau energi yang mana setara seratus bom hidrogen 1 megaton. "

Lalu sudahkah sobat100 menonton film terbaru Fantastic Four ? Film ini bermula dari ilmuwan muda Reed Richards dan teman semasa SD nya Ben Grimm yang mendemonstrasikan alat teleportasi saat acara perlombaan sains. Dr. Franklyn Storm dan anak adopsinya Susan Storm yang menyaksikan demonstrasi alat teleportasi buataan Reed ini tertarik. Kemudian Dr. Franklyn merekrut Reed untuk bergabung dalam timnya. Reed tergabung dalam tim empat ilmuwan muda. Ada Victor Doom, ilmuwan yang memulai proyek teleportasi dalam tim Dr. Franklyn namun belum 100% karena hanya bisa mengirim benda ke dimensi lain tapi belum bisa memanggilnya kembali ke tempat semula. Lalu ada putra kandung DR. Franklyn yang suka balapan liar, Johnny Storm. Terakhir tentunya Susan Storm, yang ahli dalam mengamati pola suatu kejadian dan pecinta musik. Gerbang kuantum buatan Reed dikembangkan dalam tim di bawah pengawasan Dr. Franklyn ini hingga mampu mengirim dan memanggil kembali manusia ke suatu planet nan jauh di luar tata surya kita.

Pernahkah pula sobat100 menonton film Thor ? Di film ini digunakan pula Gerbang Galaksi, Bifrost  yang memungkinkan mengirimkan warga Asgard ke bumi atau sebaliknya, atau mengirim ke suatu planet atau galaksi lain. Dalam anime Jepang juga mengadaptasi teknik teleportasi ini. Ambil contoh jurus berpindah dalam sekejap milik Son Goku.

   

Atau jurus kamui milik Obito Uchiha dalam serial Naruto Shippudden. Di Indonesia pula dikenal teknik teleportasi ini dalam dunia magis kita kenal istilah “santet†yaitu mengirimkan suatu objek tertentu ke dalam pribadi orang lain. Lalu teknik penyembuhannya pun mampu memindahkan benda asing dalam tubuh orang tersebut ke luar.

Kemudian sobat100 tentunya bertanya – tanya, apakah teleportasi ini nyata atau khayalan anak – anak semata? Teleportasi adalah kemampuan untuk menguraikan atau memindahkan atau mengirimkan objek menjadi atom dari satu tempat ke tempat lain dan menyusunnya kembali tanpa harus melakukan perjalanan jauh.

Teleportasi Kuantum (quantum teleportation) adalah proses dimana informasi kuantum dapat dipancarkan dari satu tempat ke tempat lainnya menggunakan partikel foton, dengan bantuan komunikasi klasik dan keterlibatan kuantum antara tempat pengirim dan penerima. Hal ini bergantung pada komunikasi klasik, yang prosesnya tidak bisa lebih cepat dari kecepatan cahaya.

Sejak roda ditemukan lebih dari 5.000 tahun yang lalu, orang telah menemukan cara baru untuk melakukan perjalanan lebih cepat dari satu titik ke titik lain.  Kereta, sepeda, mobil, pesawat dan roket semuanya telah diciptakan untuk mengurangi jumlah waktu yang kita habiskan sampai ke tujuan yang kita inginkan. Namun masing – masing bentuk transportasi berbagi cacat yang sama. Mereka membutuhkan kita untuk melintasi jarak fisik, yang bisa berlangsung dari menit ke berjam – jam tergantung pada titik awal dan akhir.

Berawal dari kuantum sebagai dasar perkembangan teknologi

Di akhir abad ke – 19 fisikawan Skotlandia, James Clerk Maxwel mengubah cara pandang fisika yang masih klasik menjadi lebih modern. Maxwel mengenalkan empat persamaan fundamental untuk gelombang elektromagnetik.

• Hukum Gauss menerangkan bagaimana muatan listrik dapat menciptakan dan mengubah medan listrik. Medan listrik cenderung untuk bergerak dari muatan positif ke muatan negatif. Hukum Gauss adalah penjelasan utama mengapa muatan yang berbeda jenis saling tarik-menarik, dan yang sama jenisnya tolak-menolak. Muatan-muatan tersebut menciptakan medan listrik, yang ditanggapi oleh muatan lain melalui gaya listrik

• Hukum Gauss untuk magnetisme menyatakan tidak seperti listrik tidak ada partikel "kutub utara" atau "kutub selatan". Kutub-kutub utara dan kutub-kutub selatan selalu saling berpasangan.

• Hukum induksi Faraday mendeskripsikan bagaimana mengubah medan magnet dapat menciptakan medan listrik. Ini merupakan prinsip operasi banyak generator listrik. Gaya mekanik (seperti yang ditimbulkan oleh air pada bendungan) memutar sebuah magnet besar, dan perubahan medan magnet ini menciptakan medan listrik yang mendorong arus listrik yang kemudian disalurkan melalui jala-jala listrik.
• Hukum Ampere menyatakan bahwa medan magnet dapat ditimbulkan melalui dua cara: yaitu lewat arus listrik (perumusan awal Hukum Ampere), dan dengan mengubah medan listrik (tambahan Maxwell).

Dari keempat persamaan ini dirumuskan persamaan gelombang elektromagnetik

  \(\frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 E}{\partial t^2}- \nabla^2 E=0\)

untuk suku medan listriknya dan

\(\frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 B}{\partial t^2}- \nabla^2 B=0\) 

untuk suku medan magnetnya.

Selanjutnya pada 14 Desember 1900 fisikawan Jerman, Max Planck mempresentasikan gagasannya tentang pemecahan kasus radiasi benda hitam (yang sedang hangat pembahasannya saat itu) di German Physical Society. Planck mengemukakan bahwa kuantisasi jumlah minimum setiap entitas fisik yang terlibat dalam suatu interaksi disebut kuantum (jamak : kuanta). Kemudian dikenal pula foton yang merupakan partikel cahaya (sebuah partikel tak bermassa, tak bermuatan). Foton memiliki kecepatan sebesar 2,99796 x 10⁸ m/s. Nilai ini sesuai dengan penurunan dari persamaan gelombang Maxwell sebelumnya

dengan (varepsilon)₀ adalah permitivitas vakum yang memiliki nilai 8,85 x 10^-12 C² / N m² dan (mu)₀ adalah permeabilitas vakum yang nilainya sama dengan 4 x 10^-7 T m / A. Energi dari satu partikel cahaya (foton) dirumuskan oleh

E = h . f

dengan h adalah konstanta Planck yang nilainya sama dengan 6,626 x 10^-34 Js.

Adalah fisikawan Perancis, Louis de Broglie yang memberikan dasar pemikiran dalam dunia kuantum. Dalam tesis PhD nya tahun 1924, de Broglie mempostulatkan dulisme partikel-gelombang. Kemudian kita kenal rumusan sebagai berikut

dengan (lambda) adalah panjang gelombang (mewakili sifat gelombang) dan p adalah momentum mewakili sifat partikel.

Selain de Broglie, pada Januari 1926 ada fisikawan Jerman, Erwin Schrödinger yang mempublikasikan makalahnya berjudul "Quantisierung als Eigenwertproblem" (Kuantisasi sebagai masalah nilai Eigen) pada mekanika gelombang. Dari makalahnya ini kemudian dikenal persamaan Schrödinger

Pada tahun 1935, dikenalkan paradoks EPR yaitu eksperimen pikiran berpengaruh dalam mekanika kuantum. Paradoks EPR ini dikenalkan oleh Albert Einstein dan rekan – rekannya Boris Podolsky dan Nathan Rosen ("EPR") untuk menunjukkan bahwa fungsi gelombang tidak memberikan deskripsi lengkap realitas fisik. Dan karenanya bahwa interpretasi Kopenhagen (interpretasi mekanika kuantum oleh Niels Bohr dan Werner Heisenberg yang disebarkan pada 1925 – 1927) tidak memuaskan.

  

Resolusi dari paradoks ini memiliki implikasi penting untuk interpretasi mekanika kuantum. Inti dari paradoks adalah bahwa partikel dapat berinteraksi sedemikian rupa bahwa adalah mungkin untuk mengukur baik posisi mereka dan momentum mereka lebih akurat dari pada prinsip ketidakpastian Heisenberg. Kecuali mengukur satu partikel seketika mempengaruhi yang lain untuk mencegahnya, karena akan melibatkan informasi yang sedang dikirim lebih cepat dari cahaya hal ini bertentangan dengan teori relativitas (baca teori relativitas khusus yang digagas Einstein pada 1905). Konsekuensi ini sebelumnya tidak pernah terlihat dan tampak tidak masuk akal pada saat itu. Fenomena yang terlibat ini sekarang dikenal sebagai Quantum entanglement (belitan kuantum). Sementara EPR merasa bahwa paradoks menunjukkan bahwa teori kuantum tidak lengkap dan harus diperpanjang dengan variabel tersembunyi, resolusi yang modern yang biasa mengatakan bahwa mengukur satu partikel tidak seketika mempengaruhi yang lain, tetapi ini tidak melibatkan transmisi informasi. Sebuah preferensi untuk resolusi terakhir ini didukung oleh percobaan disarankan oleh Teorema Bell 1964, yang mengecualikan beberapa kelas yang tersembunyi teori variabel.

 

Fisikawan membuktikan teori melalui eksperimen

Pada tahun 1993, ide tentang teleportasi berpindah dari ranah fiksi ilmiah ke dalam dunia nyata. Saat itulah fisikawan Charles Bennett dan tim peneliti di IBM menegaskan bahwa teleportasi kuantum adalah mungkin, tapi hanya jika objek asli yang dipindahkan di hancurkan. Pertama kali diumumkan oleh Bennett pada pertemuan tahunan American Physical Society di Maret 1993, diikuti oleh laporan temuannya dalam edisi 29 Maret 1993 Physical Review Letters. Sejak saat itu, eksperimen menggunakan foton telah membuktikan bahwa teleportasi kuantum sebenarnya mungkin.

Pada tahun 1998, ahli fisika di California Institute of Technology (Caltech), bersama dengan tim dari eropa, mengubah ide IBM menjadi kenyataan dengan sukses menteleportasikan foton, partikel energi dalam cahaya.

Eksperimen selanjutnya, tim Caltech berhasil mengatasi prinsip ketidakpastian Heisenberg, rintangan terbesar dalam teleportasi objek yang lebih besar dari foton. Prinsip ini mengatakan bahwa kita tidak dapat mengetahui lokasi dan kecepatan partikel secara bersama – sama. Tapi pasti kita akan kesulitan bagaimana menteleportasikannya jika kita tidak dapat mengetahui posisi suatu partikel. Untuk menteleportasikan foton tanpa melanggar prinsip Heisenberg, ahli fisika Caltech menggunakan sebuah fenomena Entanglement.

Berawal dari komunikasi kuantum (Quantum Communications) yang merupakan sebuah teknologi komunikasi yang mengambil prinsip Quantum untuk mengirimkan informasi. Saat ini, yang digunakan untuk mengirimkan data adalah foton. Media yang dipakainya dapat berupa fiber optic (serat optik).

Quantum teleportation tidak bisa digunakan untuk menyalin system, karena melanggar teori no-cloning. Tapi kehebatan alat ini yaitu mampu menciptakan replika benda apapun, sampai pada bagian terkecil yang sulit dijangkau. Meskipun namanya terinspirasi dari teleportasi yang biasa dipakai di cerita fiksi, tapi teknologi ini tidak menyediakan cara yang sama seperti teleportasi pada cerita fiksi. Meskipun mungki untuk memindahkan satu atau lebih qubit (quantum bit) informasi antara dua atom, teknologi ini belum bisa mencapai skala molekul atau yang lebih besar. Seseorang mungkin berpikir bahwa teleportasi sebagai salah satu bentuk transportasi atau semacam komunikasi; teleportasi quantum ini menyediakan cara untuk memindahkan qubit dari satu lokasi ke lokasi lain tanpa harus memindahkan bentuk fisiknya.

 

CARA KERJA

Teleportasi melibatkan dematerialisasi suatu objek pada satu titik, dan mengirim detail konfigurasi atom yang tempat objek ke lokasi lain, di mana ia akan direkonstruksi.

Prosesnya seperti berikut :

1. Sepasang EPR dihasilkan, satu qubit dikirim ke lokasi A, yang lain ke lokasi B.
2. Di lokasi A, perhitungan Bell pada satu qubit pasangan EPR dan qubit yang diteleport akan dilakukan, menghasilkan satu dari empat kemungkinan, yang dapat dikodekan dalam dua bit klasik informasi. Kemudian semua qubit pada lokasi A dibuang.
3. Menggunakan saluran klasik, dua bit dikirim dari A ke B.
4. Sebagai hasil dari pengukuran yang dilakukan di lokasi A, pasangan qubit EPR di lokasi B adalah salah satu dari empat keadaan yang mungkin. Dari empat keadaan yang mungkin ini, satu merupakan yang identik dengan keadaan kuantum aslinya, dan tiga lainnya berhubungan kuat. Mengetahui hal itu, qubit di lokasi B diubah dengan salah satu dari tiga cara, atau tidak sama sekali, untuk menghasilkan qubit yang identuk dimana qubit itu yang terpilih untuk teleportasi.

Singkatnya, quantum pada objek dihancurkan dan dibuat kembali, oleh karena itu quantum teleportation tidak bisa memindahkan benda hidup maupun mati secara keseluruhan fisik. Alat ini ‘menciptakan’ replika benda sebelumnya pada posisi di tempat lain dan benda sebelumnya akan ‘menghilang’ selama replikanya diciptakan.

CATATAN DAN HASIL PENELITIAN

• Grup Caltech berhasil membaca struktur atom dari foton, mengirimkan informasi ini melewati 3,28 kaki (kira-kira 1 meter) kabel koaksial dan menciptakan replikanya. Sesuai perkiraan, foton asli tidak lagi eksis setelah replika di buat.
• Pada Juni 2002 lalu, seorang ahli fisika Australia, Ping Koy Lam, melakukan teleportasi sinar laser. Sinar laser yang terdiri atas miliyaran foton, oleh Lam diukur kecepatan pertikel, bentuk, dan polarisasinya, untuk kemudian dibentuk ulang menggunakan sekumpulan foton di tempat lain.
• Pada awalnya Agustus 2004, jarak teleportasi mencapai 600 meter.
• Pada tahun 2010 silam, beberapa orang peneliti dari University of Science and Technology of China di Shanghai, Cina, berhasil membuat teleportation yang pada uji cobanya pertama kali mereka telah memindahkan foton dari tempat mereka bekerja ke suatu tempat sejauh 97 kilometer. Para peneliti tersebut menggunakan 1.3 Watt laser dan beberapa optik untuk pelontar sekaligus penerimanya. Dalam percobaan tersebut, para ilmuwan berhasil mengirimkan 1100 photon ke tempat yang jaraknya 97 kilometer hanya dalam waktu 4 jam saja.
• Pada April 2011, peneliti melaporkan bahwa mereka telah berhasil melakukan teleportasi paket gelombang cahaya sampai bandwidth 10 MHz.
• Pada Mei 2012 jarak terjauh teleportasi quantum mencapai 143 km (89 mil) dengan foton antara Pulau Canary, La Palma dan Tenerife di lepas pantai Atlantik, utara Afrika; dan 21 m dengan material sistem.
  
   
• Pada Agustus 2013, teleportasi kuantum sudah menggunakan teknologi hybrid.
• Pada 29 Mei 2014, peneliti mengumumkan cara yang mungkin dilakukan untuk mentransfer data dengan teleportasi kuantum. tiga fisikawan Imperial Blackett Physics Laboratory menggunakan cara sederhana untuk membuktikan teori yang diungkap oleh ilmuwan Breit dan Wheeler pada tahun 1934. Breit dan Wheeler menyatakan bahwa teorinya mampu mengubah cahaya menjadi materi dengan cara menghancurkan dua partikel cahaya (foton) secara bersamaan. Hal ini berguna untuk menciptakan sebuah elektron dan positron, metode paling sederhana untuk mengubah cahaya menjadi materi.
  Percobaan kali ini berbeda, ilmuwan memverifikasi bahwa keadaan kuantum foton dapat dipertahankan ketika mengangkut atau mengantar dua kristal tanpa kontak langsung. Dalam hal ini kristal dianggap sebagai sumber memori untuk menyimpan informasi foton yang ditransfer menggunakan efek teleportasi kuantum lebih dari 25 kilometer.
  

  Penelitian ini bukan hanya prestasi teknologi yang signifikan, tetapi juga kemajuan spektakuler dalam teknologi dimensi kuantum. Dengan menguji pada jarak 25 kilometer melalui serat optik, fisikawan UNIGE secara signifikan melampaui rekor terdahulu sejauh 6 kilometer, teleportasi kuantum jarak jauh pertama kali yang diuji oleh Profesor Gisin dan timnya pada tahun 2003.

  Semua ini bertujuan untuk menguji kebenaran dua foton yang terjerat, dengan kata lain dua foton terikat erat pada tingkat yang paling kecil oleh bagian yang mengantarkannya. Salah satunya terdorong serat optik sepanjang 25 kilometer tetapi yang lainnya tidak. Analisa teleportasi kuantum digambarkan seperti permainan biliar, foton ketiga pertama kali memukul kemudian melenyapkan keduanya. Para ilmuwan mengukur tabrakan ini, tapi informasi yang terkandung dalam foton ketiga tidak hancur, sebaliknya mereka menemukan kristal berisi foton kedua yang terjerat.

  Menurut Felix Bussieres, salah satu tujuan analisis untuk mengamati keadaan kuantum pada dua elemen cahaya, dua foton yang terjerat seperti dua kembar siam merupakan saluran yang memberdayakan teleportasi kuantum dari cahaya menjadi materi. Bagi fisikawan, hal ini merupakan langkah kecil untuk menyimpulkan bahwa dalam fisika kuantum; sifat kuantum pada item ini melampaui sifat fisik klasik.
• Fisikawan dari Kavli Institute of Nanoscience, the Delft University of Technology, Belanda, berhasil membuktikan, teleportasi bisa diterapkan di kehidupan nyata. Yang para peneliti ini temukan adalah teleportasi informasi di antara 2 kuantum yang terpisah jarak sejauh 3 meter atau sekitar 10 kaki, kuantum teleportasi. Dalam kasus ini, sebuah elektron ditransfer dari satu tempat ke tempat lain tanpa memindahkan materi fisik di mana informasi itu terpasang. "Jika Anda percaya bahwa kita tak lebih dari kumpulan atom yang dirangkai dengan cara tertentu, maka pada prinsipnya, ada kemungkinan kita meneleportasikan diri kita dari satu tempat ke tempat lainnya," kata ketua tim peneliti, Ronald Hanson, seperti dikutip dari The New York Times, Sabtu (31/5/2014).
  
  Bit klasik -- unit dasar informasi dalam sistem komputasi hanya memiliki 2 nilai, yakni 0 atau 1. Namun kuantum bit (qubit) secara simultan dapat menggambarkan banyak nilai. Ini memungkinkan kelahiran generasi baru sistem komputasi yang lebih cepat sekaligus menciptakan keamanan dan privasi menyeluruh dalam jaringan komunikasi.
  
  "Apa yang kamu lakukan adalah menggunakan belitan kuantum sebagai saluran komunikasi. Informasi akan terteleportasi ke tempat lain dan tak ada jalan bagi orang lain untuk mencegat informasi tersebut."
  
  Bahkan para peneliti berencana untuk melakukan eksperimen yang sama pada jarak kuantum sejauh lebih dari 1 kilometer. Jika keberhasilan mereka terulang pada jarak ini, maka akan semakin membuktikan bahwa gagasan belitan kuantum itu bekerja pada jarak, mendemonstrasikan teori kuantum mekanik. 
• Para peneliti di Institut Niels Bohr berhasil menggunakan teleportasi kuantum untuk mengirimkan informasi antara atom awan gas.
• Pada 23 Januari 2015 peneliti dari Hasso Plattner Institute dari Potsdam, Jerman, berhasil menciptakan sistem teleporter sungguhan berbasis teknologi 3D printer. Cara kerjanya sangat sederhana: masukkan sebuah benda ke satu unit sender Scotty, dan ia akan muncul di unit receiver lainnya. Device memindai objek tersebut lapisan demi lapisan sembari menggilingnya (hingga hancur), mengubahnya menjadi data, lalu mengirimnya.
  
  

  Receiver bertugas ‘menyusun kembali’ benda tersebut di sisi penerima via 3D printing. Dalam makalah mereka, tim berisi enam orang peneliti itu menjelaskan, “Kami hadirkan piranti yang dapat memindahkan objek tak bergerak ke tempat lain.†Buat sekarang, proses pengiriman (serta rekonstruksi) memakan waktu kurang lebih 90 menit untuk menciptakan replika objek aslinya.

  Mungkin cara kerja Scotty sangat primitif, tapi memang seperti inilah teori cara kerja alat teleportasi. Material fisik diurai menjadi energi supaya mudah dipindahkan ke manapun – layaknya dalam Star Trek. Objek pertama harus dihancurkan agar tidak ada kembarannya. Tim ilmuwan juga harus menemukan cara agar proses rekonstruksi bisa berjalan dengan sangat cepat.
  

  sumber :  http://www.theguardian.com/technology/2015/jan/23/german-scientists-teleporter-transporter-3d-printing-star-trek.

  Tentu saja Scotty masih mempunyai kelemahan paling besar: teleportasi tidak dapat diaplikasikan ke benda hidup, terutama manusia dan hewan. Apalagi prosesdematerialization masih bekerja lambat, penerapannya pada makhluk hidup akan sangat ‘berantakan’. Yang kita inginkan adalah perangkat Transporter, bukan sekedar alat duplikat diri seperti di film The Prestige.

  Nama Scotty sendiri diambil dari karakter Montgomery ‘Scotty’ Scott, perwira tertinggi kedua serta kepala teknisi Enterprise. Ia juga merupakan sosok terkenal yang mengoperasikan Transporter.

 

DAMPAK

Walaupun sudah berhasil mengirimkan foton dengan jumlah yang banyak ke tempat jauh, namun para peneliti masih akan terus mengembangkan teknologi teleportation ini agar nantinya dapat dipergunakan untuk memindahkan objek yang mempunyai masa besar, seperti contohnya manusia.

Apabila teknologi ini berhasil, maka keberadaan kendaraan bermotor akan terpangkas jauh, karena dapat dipastikan banyak yang akan menggunakan teknologi ini untuk bepergian ke suatu tempat secara cepat tanpa harus terkena kemacetan atau permasalahan jalan raya lainnya. Nah sobat100 sudah paham kan sekarang, bahwa teleportasi bukanlah karangan imajinasi semata. Ya meskipun perlu banyak pengembangan agar di kemudian hari kita, manusia bisa melakukan teleportasi. Ayo sobat100 terus belajar dan kembangkan minat serta bakatmu agar kelak menjadi generasi yang sukses

Selamat Berkarya

Salam100

 

Catatan Editor :

Rosyid Adrianto adalah bagian dari tim100. Sebagai Pengisi materi Fisika SMA dan Fisika SMP.  Rosyid Adrianto merupakan Lulusan Fisika FSainTek Universitas Airlangga dan aktif menulis di rosyidadrianto.wordpress.com