Untuk membuat sebuah mobil bergerak, mesin mobil tersebut membakar bahan bakar seperti bensin dan mengubah energi panas dari pembakaran bensin tersebut menjadi energi mekanik. Dalam prosesnya, banyak energi terbuang; sebuah mobil biasanya hanya bisa mengubah sekitar 25% energi bahan bakar menjadi energi yang berguna untuk membuat mobil tersebut bergerak.
Mesin yang bisa berjalan dengan efisiensi 100% saat ini hanya ada dalam film sains fiksi. Walaupun begitu, sebuah penelitian terbaru dari Universitas Rochester kemungkinan akan memberi kemajuan bagi para ilmuwan dalam mendemonstrasikan sebuah transfer energi ideal dalam sebuah sistem.
Andrew Jordan, seorang profesor fisika di Universitas Rochester, baru saja diberi hadiah uang sekitar 1 juta dollar dari Templeton Foundation untuk meneliti mesin kuantum — sebuah mesin yang menggunakan prinsip mekanika kuantum hingga bisa berjalan dengan 100% tingkat efisiensi. Penelitian tersebut, bisa saja menjawab pertanyaan penting tentang hukum termodinamika dalam sebuah sistem kuantum dan berkontribusi bagi pembaruan teknologi seperti mesin yang lebih efisien dan tentu saja komputer kuantum.
Para peneliti tersebut sebelumnya telah mendeskripsikan konsep mesin kuantum, akan tetapi teori tersebut belum pernah diuji coba secara eksperimen sebelumnya.
Dalam dunia mikroskopik kuantum, partikel mempunyai properti unik yang berkontradiksi dengan hukum fisika klasik seperti yang kita ketahui. Jordan dan rekannya akan menggunakan sirkuit superkonduktor dalam mendesain eksperimen yang bisa dilakukan dalam sebuah sistem kuantum. Lewat eksperimen ini, para peneliti akan mempelajari bagaimana hukum tentang energi, usaha, daya, efisiensi, panas, dan entropi berfungsi dalam tingkat kuantum. Beberapa konsep tersebut saat ini masih belum dipahami dalam mekanika kuantum.
Mesin kuantum kemungkinan dapat bekerja dalam lingkungan dengan skala mikroskopik untuk mengerjakan tugas yang hanya memerlukan daya sedikit seperti bergerak mengelilingi sebuah atom atau charging (isi ulang daya) sirkuit kecil. Dengan kemampuan ini, konsep ini mungkin akan menjadi komponen penting bagi komputer kuantum.
Mesin seperti ini belum bisa digunakan untuk menjalankan sebuah mobil tentu saja, akan tetapi, daya dalam mesin kuantum diukur dalam satuan pikowatt (pW), dengan satu pW sama dengan 10-12 Watt. Sebagai perbandingan, sebuah bohlam lampu biasanya mempunyai daya sekitar 60 W.
“Skala daya terlibat — angka-angka seperti pikowatt — mengindikasikan celah besar antara kepentingan manusia dan mesin-mesin kecil ini,” kata Jordan.
Salah satu cara membuat mesin kuantum ini berguna bagi aktivitas dalam skala manusia mungkin “lewat paralelisasi yang masif,” kata Jordan. “Setiap mesin hanya mengeluarkan sedikit energi, tapi dengan membuat milyaran mesin tersebut bekerja sama, kita bisa membuat sebuah mesin makroskopik yang mengeluarkan energi besar.”
Jordan dan rekannya juga akan menyelidiki bidang penelitian lain: bagaimana menghasilkan usaha (dalam istilah fisika, energi yang disalurkan ke sebuah benda sehingga benda tersebut bergerak) dari sebuah sistem menggunakan ‘entanglement‘ (keterikatan, dalam istilah mekanika kuantum) sebagai bahan bakarnya. Dalam entanglement — salah satu konsep dasar fisika kuantum — properti sebuah partikel terhubung dengan properti partikel lain, bahkan ketika partikel-partikel ini terpisah oleh jarak yang sangat jauh. Menggunakan entanglement sebagai bahan bakar punya potensi untuk membuat sebuah mesin non-lokal; setengah mesin tersebut bisa jadi berada di New York, sedangkan sisanya berada di California. Energinya tidak akan tersimpan pada setiap mesin ini, akan tetapi kedua bagian mesin ini masih tetap bisa menggunakan energi secara bersama untuk menghidupkan kedua bagian mesin tersebut.
“Kami akan menunjukkan bahwa mesin ini bisa, secara prinsip, menjadi sangat efisien,” kata Jordan. “Ini berarti bahwa akan terjadi transfer energi ideal dari peralatan tersebut ke sistem kuantum.”
“Universitas Rochester punya kelebihan di bidang fisika kuantum, dan juga merupakan tempat kelahiran bidang optik kuantum,” kata Jordan. “Kami punya banyak peneliti berkualitas di sini, banyak hasil penelitian fisika kuantum dan juga dukungan dari universitas bagi fisika kuantum.”
Sumber : University of Rochester
