Menambang wawasan berharga dari berlian » MIT Physics

Dorongan untuk memahami fenomena ilmu alam memicu kecintaan mahasiswa pascasarjana MIT, Changhao Li pada fisika kuantum.

Jika Changhao Li menelusuri asal usul kecintaannya pada alam, dia akan menunjuk ke waktu ketika dia berusia 9 tahun, mengamati langit malam dari rumah masa kecilnya di kota kecil Jinan, Cina. “Saat itu saya merasa alam begitu indah, saya hanya ingin pergi ke luar Bumi, pergi ke bulan atau bahkan Mars,” kenang Li.

Impian masa kecil itu menanamkan kecintaannya pada fisika, yang ia kejar melalui sekolah menengah dan atas, dan akhirnya di Universitas Xi’an Jiaotong di Cina.

Gairah Li terhadap langit sejak itu mengambil bentuk yang lebih membumi dan mikroskopis: Ia telah diterjemahkan ke dalam kecintaan pada fisika kuantum. Li adalah kandidat doktor tahun kelima di Departemen Ilmu dan Teknik Nuklir (NSE) dan meneliti ilmu informasi kuantum, termasuk penginderaan dan komputasi kuantum, dengan Profesor Paola Cappellaro.

Lompatan kuantum

Tesis utama yang mendorong ilmu informasi kuantum adalah bahwa mengubah keadaan material pada tingkat subatomik dapat membuat dampak yang signifikan pada skala yang jauh lebih besar. Komputasi kuantum, misalnya, bergantung pada perubahan paling kecil dalam sifat material untuk menyimpan dan memproses lebih banyak informasi daripada mode biner klasik sederhana.

Unit dasar informasi dalam komputasi kuantum, setara dengan bit di komputer klasik, disebut qubit. Memanfaatkan cacat pada struktur material adalah salah satu cara untuk memproduksi qubit ini.

Sebuah aspek dari penelitian Li berfokus pada cacat pada berlian yang sangat kecil, beberapa di antaranya berada pada skala nanometer. Eksperimen melibatkan pengenalan cacat skala atom, yang dikenal sebagai pusat kekosongan nitrogen, dalam berlian ini, dan membuat cacat tersebut mengalami gangguan yang sangat kecil, menggunakan gelombang mikro atau laser, untuk membuat dan mengontrol keadaan kuantum.

BACA JUGA :  Dua senior fisika dianugerahi Beasiswa Fulbright 2022 » MIT Physics

Salah satu proyek Li mengukur fluoresensi yang dipancarkan oleh berlian yang terganggu untuk memberi kita lebih banyak informasi tentang stimulus eksternal. Sama seperti Anda akan mengukur suhu oven untuk mengukur seberapa panasnya, mengukur fluoresensi yang dipancarkan oleh berlian yang rusak dapat memberi tahu kita apa yang ia rasakan dan seberapa banyak. Misalnya, sensor yang bisa mendeteksi bahkan beberapa ratus helai virus SARS-CoV-2 penyebab Covid-19 adalah salah satu aplikasi yang sedang dijajaki Li bersama rekan-rekannya.

Di Surat Tinjauan Fisik, Li telah menerbitkan temuan dari proyek penelitian lain yang mengevaluasi simetri sistem kuantum. Untuk menjelajahi sifat-sifat sistem kuantum, kita perlu memahami bagaimana keadaan kuantum berperilaku dari waktu ke waktu, dan simetrinya penting. “Merekayasa sistem dengan simetri yang diinginkan adalah tugas yang tidak sepele,” kata Li. “Sifat kuantum sangat tidak stabil karena dapat berinteraksi dengan lingkungan. Kami membutuhkan masa pakai yang sangat baik untuk qubit kami, dan di sini kami mengembangkan metode untuk mengontrol dan mengkarakterisasi sistem seperti itu.” Namun fokus penelitian lain, temuan yang akan segera dipublikasikan, berfokus pada simulasi bidang pengukur tensor menggunakan cacat pada berlian, yang terkait dengan ilmu dasar.

Li mengatakan memahami informasi kuantum terutama tentang mempelajari ilmu dasar. “Prinsip dasar dunia ini indah dan bisa menjelaskan banyak fenomena menarik,” ujarnya. “Ini memungkinkan saya menjelajahi alam semesta, memahami cara kerja alam,” tambah Li.

Orang yang melakukan perjalanan jauh lebih tahu

Semangat untuk memahami cara kerja alam, baik pada skala bintang atau unit kuantum kecil, telah membangkitkan minat Li pada fisika sejak ia masih kecil.

Orang tuanya mendorong kecintaannya pada fisika dan seorang guru sekolah menengah mengajarinya untuk berpikir kritis, menemukan kesalahan dalam buku teksnya dan tidak menelan informasi sebagai kebenaran. “Kamu perlu menjalankan eksperimen sederhana untuk menemukan kebenaran bagi dirimu sendiri,” adalah pelajaran yang diambil Li dari sekolah menengah.

BACA JUGA :  Fisika kesehatan usus dan otak » Fisika MIT

Dengan pelajaran yang tersimpan dengan aman, Li menemukan sekolah menengah menjadi sedikit lebih menantang dan pada awalnya ditempatkan di tengah dari hampir 1.000 siswa. Tapi kerja keras dan belajar dari orang lain membawanya ke puncak.

Menempatkan peringkat teratas di kelasnya di sekolah menengah dan atas, Li melanjutkan untuk mengejar fisika di Universitas Xi’an Jiaotong, sekitar 600 mil sebelah barat Beijing. Ini adalah pertama kalinya dia jauh dari rumah, dan dia merasa sekolahnya membutuhkan dorongan dalam topik-topik seperti aljabar linier. Sekali lagi, kerja keras terbayar dan Li lulus dengan nilai tertinggi di kelasnya.

Universitas memberi Li kemampuan untuk belajar di Amerika Serikat untuk sebagian tahun kedua dan tahun pertama kuliahnya. Melalui program pertukaran, Li menghadiri University of Notre Dame selama dua bulan penelitian musim panas pada tahun 2015 dan menghadiri University of California di Berkeley, selama tahun 2016, tahun pertamanya. Perjalanan memperkuat salah satu kutipan favorit Li: “Orang yang bepergian jauh, tahu lebih banyak.”

Notre Dame adalah pertama kalinya Li ke luar negeri — dia ingat mencoba membiasakan diri dengan hamburger dan kentang goreng, perubahan radikal dari makanan tradisional Cina yang dia sukai.

Itu adalah penelitian di Berkeley — dia ingat perpustakaan universitas dan ruang makan dengan penuh kasih — yang memperkuat kecintaannya pada fisika kuantum. Pada saat dia kembali ke Cina dia tahu dia ingin menghadiri sekolah pascasarjana dan mengejar penelitian di lapangan. NSE MIT memberi isyarat sebagai kesempatan untuk “bekerja dengan orang-orang paling brilian di dunia,” kata Li. Cappellaro adalah inspirasinya — “dia mengajari saya cara berpikir tentang penelitian, saya sangat berterima kasih,” katanya.

BACA JUGA :  Neutrino berenergi tinggi mungkin berasal dari lubang hitam yang mengoyak bintang

Waktu luang membuat Li belajar kembali masakan Cina — orang tuanya membantu dengan tips — dan bermain game seluler seperti “Arena of Valor” dengan teman-teman. Belajar bermain gitar telah menjadi hobi pandemiknya.

Kecintaannya yang mendasar pada alam, dan dalam mempelajari cara kerja segala sesuatu, terus menginspirasi Li. “Saya fokus pada hal-hal terkecil dan ada sesuatu yang sangat indah di sana. Ini tentang alam juga, kan? Jika Anda mempelajari cara kerja benda kecil ini, Anda mungkin juga bisa mempelajari cara kerja benda yang lebih besar,” kata Li.

Leave a Reply

Your email address will not be published.