Terobosan dalam Komputasi Kuantum dan Fisika Kuantum

Neutrino adalah partikel yang sangat ringan dan sulit dideteksi karena jarang berinteraksi dengan materi biasa. Salah satu misteri besar dalam fisika adalah dari mana asal usul massa kecil yang mereka miliki. Teori sebelumnya mengusulkan bahwa neutrino memperoleh massanya melalui interaksi dengan materi gelap ultrarendah, yang berupa partikel sangat ringan yang bergetar layaknya gelombang di alam semesta. Para peneliti membuat model yang menghubungkan cara osilasi neutrino berubah seiring waktu dan posisi secara teori jika materi gelap mempengaruhi mereka. Kemudian mereka membandingkan model ini dengan data nyata dari eksperimen KamLAND dan eksperimen neutrino lain di seluruh dunia. Hasilnya menunjukkan bahwa pola osilasi neutrino yang diamati tidak cocok dengan pengaruh materi gelap, sehingga materi gelap kemungkinan bukan sumber utama massa neutrino. Kesimpulan ini membantu memperjelas arah penelitian di masa depan. Meskipun ini menjauhkan kita dari satu petunjuk, penelitian ini penting karena membantu menolak teori populer dan membuka jalan bagi penemuan baru melalui eksperimen dan pengamatan yang akan datang, seperti di JUNO dan DUNE.

Ilmuwan di Rutgers University menemukan sebuah keadaan materi baru yang disebut kristal cair kuantum dengan menggabungkan dua bahan eksotik, Weyl semimetal dan spin ice, di medan magnet yang sangat tinggi. Ini adalah temuan penting dalam fisika materi sehingga dapat membuka jalan pemahaman baru tentang materi kuantum. Weyl semimetal merupakan bahan istimewa yang memungkinkan listrik mengalir sangat cepat tanpa kehilangan energi berkat partikel khas bernama Weyl fermions. Sedangkan spin ice adalah material magnetik dengan pola yang mirip dengan susunan atom dalam es biasa, menunjukkan sifat magnet yang unik. Ketika kedua bahan tersebut digabungkan dan dikenai medan magnet tinggi, terjadi interaksi yang menghasilkan keadaan materi baru. Dalam kondisi ini, listrik mengalir secara anisotropik, artinya konduktivitas listrik berbeda tergantung arah alirannya, sesuatu yang tidak biasa dan langka dalam fisika. Para peneliti juga menemukan bahwa dengan menaikkan medan magnet, elektron dalam bahan tersebut mulai mengalir ke arah yang berlawanan, sebuah fenomena yang mencerminkan pemutusan simetri rotasi dan merupakan ciri khas negara kuantum baru. Penelitian ini dilakukan dengan kombinasi eksperimen di laboratorium medan magnet tinggi di Tallahassee dan analisis teoritis selama lebih dari dua tahun. Temuan ini telah diterbitkan di jurnal ternama Science Advances dan diharapkan memacu studi lebih lanjut di bidang materi kuantum.

Xanadu dan HyperLight berhasil menciptakan chip fotonik berbasis lithium niobate film tipis (TFLN) dengan kerugian optik yang sangat rendah. Hal ini sangat penting untuk pengembangan komputer kuantum fotonik yang bisa diskalakan dan diproduksi secara komersial dalam volume besar. Kerugian gelombang pandu pada chip tersebut berhasil dikurangi hingga di bawah 2 dB per meter, sedangkan kerugian pada saklar elektro-optik berada pada level 20 mdB, sebuah pencapaian yang sangat jarang dicapai dalam perangkat keras kuantum fotonik. Keberhasilan ini tidak hanya dilihat dari angka, tapi juga dari proses pembuatannya yang sudah menggunakan standar industri semikonduktor, sehingga chip-chip ini bisa diproduksi secara massal dan digunakan untuk membangun komputer kuantum fotonik yang handal. Kolaborasi antara Xanadu dan HyperLight sebelumnya telah menciptakan Aurora, komputer kuantum fotonik pertama yang bisa terhubung lewat jaringan serat optik, dan sekarang pencapaian terbaru ini memperkuat fondasi sistem tersebut menuju mesin kuantum yang lebih kompleks dan kuat. Menurut para pemimpin di kedua perusahaan, pencapaian ini menandakan kemajuan besar dalam perjalanan menuju komputer kuantum fotonik berskala utilitas, dan teknologi TFLN dapat berperan penting dalam aplikasi kuantum maupun teknologi komunikasi lainnya.

Penelitian di University of Nottingham menemukan bahwa otak manusia mengalami percepatan penuaan selama pandemi COVID-19, bahkan bagi mereka yang tidak pernah terinfeksi virus tersebut. Perubahan ini dapat disebabkan oleh efek psikologis dan sosial seperti isolasi dan ketidakpastian yang dialami selama pembatasan akibat pandemi. Dengan menggunakan data dari UK Biobank, para ilmuwan membandingkan MRI otak sebelum dan sesudah awal pandemi pada kelompok yang berbeda. Hasilnya menunjukkan bahwa rata-rata usia otak meningkat lebih cepat dalam kelompok yang mengalami pandemi dibandingkan dengan kelompok yang hanya di-scan sebelum pandemi. Percepatan penuaan otak ini terjadi lebih jelas pada pria, orang tua, dan mereka yang berasal dari latar belakang sosial ekonomi yang kurang menguntungkan. Namun, hanya individu yang terinfeksi COVID-19 yang menunjukkan gejala penurunan kognitif secara nyata melalui penurunan fleksibilitas mental dan kecepatan berpikir. Meski perubahan struktur otak terlihat umum, tidak semua perubahan tersebut menunjukkan penurunan fungsi kognitif yang langsung terlihat. Ini memberikan harapan bahwa perubahan tersebut bisa jadi bersifat sementara atau masih bisa diperbaiki seiring waktu. Para peneliti juga mengakui keterbatasan studi ini, seperti perbedaan waktu antara scan pada masing-masing kelompok dan kurangnya representasi kelompok masyarakat yang paling rentan. Namun, mereka berharap studi ini membuka wawasan tentang bagaimana pengalaman besar dalam hidup bisa mempengaruhi kesehatan otak manusia.

Para ilmuwan menemukan bahwa sebuah bentuk silikon dioksida yang dikenal sebagai tridymite memiliki sifat unik berupa konduktivitas termal yang konstan di berbagai suhu. Berbeda dengan bahan kristal dan kaca pada umumnya, tridymite tidak mengalami perubahan besar dalam cara menghantarkan panas meskipun suhu berubah-ubah. Penelitian ini dilakukan oleh tim dari Columbia University dan kolaborasi dengan laboratorium di Sorbonne University Paris. Mereka menggunakan persamaan baru yang menggabungkan sifat material kristal dan kaca untuk memprediksi perilaku tridymite secara akurat. Eksperimen yang menggunakan sampel tridymite dari meteorit yang jatuh di Jerman tahun 1724 membuktikan prediksi tersebut. Hal ini menunjukkan bahwa material tersebut memiliki struktur atom yang berada di antara kristal sempurna dan kaca. Menariknya, tridymite juga ditemukan di Mars dan dapat muncul dalam batu bata tahan panas yang digunakan dalam produksi baja di bumi. Dengan menggunakan material ini, pengelolaan panas di industri baja bisa menjadi lebih efisien dan ramah lingkungan. Penemuan dan pemahaman tentang bahan hybrid ini tidak hanya berperan dalam pengelolaan panas, tetapi juga dapat membantu kemajuan di bidang teknologi seperti energi terbarukan, komputer canggih, dan informasi magnetik.

Para ilmuwan berhasil menciptakan sebuah teknik pencitraan baru yang memungkinkan mereka melihat molekul gula sangat kecil pada permukaan sel manusia dengan resolusi 0,9 nanometer. Hal ini merupakan pencapaian luar biasa karena sebelumnya mikroskop cahaya hanya mampu melihat objek lebih besar dari 200 nanometer. Lapisan gula yang melapisi setiap sel tubuh manusia disebut glycocalyx, yang berfungsi penting dalam komunikasi antar sel serta pertahanan terhadap penyakit dan penyebaran kanker. Namun, sangat sulit untuk mengamati molekul-molekul gula ini karena ukurannya yang sangat kecil dan keterbatasan teknik pencitraan sebelumnya. Untuk mengatasi hal tersebut, peneliti menggabungkan dua teknik berteknologi tinggi, yaitu mikroskop fluoresensi super-resolusi dan metode click chemistry, untuk menandai dan mengikat molekul gula dengan DNA khusus agar bisa dilihat dengan jelas menggunakan mikroskop biasa. Teknik ini diuji pada sel yang melapisi pembuluh darah kecil manusia, di mana para peneliti mampu mengamati dua jenis gula penting, yaitu sialic acids dan N-Acetyllactosamine, yang diubah secara kimia agar bisa ditandai lebih mudah dan tepat sasaran. Penemuan ini membuka peluang baru bagi bidang biologi dan kedokteran untuk mempelajari bagaimana perubahan gula pada permukaan sel bisa menjadi indikator kesehatan atau penyakit, termasuk kanker dan gangguan imun, serta bagaimana mereka merespons pengobatan.