Courtesy of QuantaMagazine

Bagaimana Fisika Kuantum Mengubah Cara Kerja Hukum Panas dan Informasi

Menjelaskan bagaimana fenomena kuantum dapat menyebabkan aliran panas yang berlawanan dengan hukum termodinamika klasik dan bagaimana hal ini bisa dimanfaatkan secara praktis untuk mendeteksi fenomena kuantum seperti superposisi dan keterikatan kuantum tanpa merusak keadaan kuantum tersebut.

01 Okt 2025, 07.00 WIB

223 dibaca

Ikhtisar 15 Detik

Hukum kedua termodinamika dapat dipengaruhi oleh mekanika kuantum, memungkinkan aliran panas dari dingin ke panas.
Informasi memainkan peran penting dalam termodinamika, di mana penghapusan informasi berkaitan dengan peningkatan entropi.
Penelitian ini membuka peluang untuk mendeteksi fenomena kuantum dalam sistem tanpa merusak keadaan kuantum tersebut.

Kopenhagen , Denmark - Hukum kedua termodinamika selama ini menyatakan bahwa panas pasti mengalir dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin. Namun, dalam dunia fisika kuantum, aturan ini bisa berbalik arah karena fenomena seperti superposisi dan keterikatan kuantum. Penemuan ini membuka cara baru dalam memahami dan memanfaatkan energi dan informasi.

Fisika kuantum memperkenalkan konsep bahwa informasi dan energi saling terkait. Misalnya, entanglement membuat dua partikel terhubung secara informasi sehingga mengenal satu partikel bisa memberi informasi tentang partikel lainnya tanpa langsung mengukurnya. Hal ini memungkinkan manuver termodinamika yang tidak mungkin dilakukan dalam hukum klasik.

Para ilmuwan sekarang menggunakan ide-ide dari konsep Maxwell's demon versi kuantum, seorang makhluk khayalan yang bisa mengatur molekul untuk mengubah aliran panas, sebagai alat untuk mendeteksi fenomena kuantum pada sistem yang sulit diamati langsung. Pendekatan ini menggunakan perubahan panas yang diukur pada objek ketiga untuk mengetahui ada tidaknya fenomena kuantum.

Penelitian terbaru oleh Alexssandre de Oliveira Jr. dan timnya menunjukkan bahwa dengan menghubungkan sistem kuantum yang ingin diuji, sebuah memori kuantum, dan sebuah heat sink, mereka bisa mendeteksi keberadaan entanglement atau superposisi tanpa merusak keadaan kuantum itu sendiri. Ini bisa menjadi alat penting untuk verifikasi komputer kuantum dan penelitian fisika fundamental.

Aplikasi praktis dari metode ini termasuk verifikasi kuantitas kuantum pada komputer kuantum, mendeteksi koherensi kuantum yang penting untuk teknologi masa depan, dan bahkan mungkin membantu penelitian yang sedang berlangsung untuk menentukan apakah gaya gravitasi bersifat kuantum. Metode ini menjanjikan kemudahan dan keakuratan dalam mengungkap misteri dunia kuantum.

Referensi:
[1] https://www.quantamagazine.org/a-thermometer-for-measuring-quantumness-20251001/

Analisis Ahli

Nicole Yunger Halpern

"Menekankan pentingnya konsep bahwa kuantitas termodinamika dapat menjadi penanda bagi fenomena kuantum, menunjukkan bahwa bidang ini adalah fundamental dan mendalam."

Vlatko Vedral

"Menyoroti pentingnya protokol verifikasi berbasis termodinamika yang sederhana namun efektif untuk membuktikan penggunaan sumber daya kuantum dalam komputasi kuantum."

Analisis Kami

"Temuan ini sangat signifikan karena menjembatani konsep termodinamika klasik dengan realitas fisika kuantum yang lebih rumit, menunjukkan bahwa informasi kuantum adalah sumber energi yang nyata. Namun, untuk penerapan praktis, masih diperlukan kontrol eksperimental yang sangat ketat untuk menghindari interferensi dari sumber panas lain yang tidak diinginkan."

Prediksi Kami

Metode baru ini akan mendorong eksperimen fisika kuantum yang lebih mudah dan akurat untuk mendeteksi dan memverifikasi fenomena kuantum dalam komputer kuantum dan bisa membuka jalan untuk membuktikan sifat kuantum dari gaya gravitasi di masa depan.

Pertanyaan Terkait

Apa yang dijelaskan oleh hukum kedua termodinamika?

Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa panas mengalir secara spontan dari tubuh yang lebih panas ke tubuh yang lebih dingin.

Bagaimana mekanika kuantum mempengaruhi aliran panas?

Mekanika kuantum memungkinkan aliran panas terjadi dari objek dingin ke objek panas dalam kondisi tertentu, tanpa melanggar hukum kedua.

Siapa yang mengusulkan konsep 'Maxwell's demon' dan apa itu?

James Clerk Maxwell mengusulkan konsep 'Maxwell's demon' sebagai eksperimen pemikiran tentang makhluk yang dapat memisahkan molekul gas berdasarkan kecepatannya.

Apa hubungan antara informasi dan entropi dalam konteks termodinamika?

Informasi dan entropi saling terkait, di mana penghapusan informasi menghasilkan entropi yang lebih besar daripada pengurangan entropi yang dilakukan oleh demon.

Bagaimana penelitian terbaru oleh de Oliveira dapat digunakan dalam komputasi kuantum?

Penelitian terbaru oleh de Oliveira dapat digunakan untuk mendeteksi entanglement dalam sistem kuantum tanpa menghancurkan keadaan kuantum tersebut.