Para ilmuwan telah lama menduga bahwa fenomena kuantum mungkin berperan penting dalam fotosintesis dan reaksi kimia lainnya di alam, tetapi tidak tahu secara pasti karena fenomena seperti itu sangat sulit untuk diidentifikasi.
Para peneliti dari Purdue University telah menunjukkan cara baru untuk mengukur fenomena keterikatan (entanglement) dalam berbagai reaksi kimia — kemampuan partikel-partikel kuantum untuk mempertahankan korelasi khusus satu sama lain dalam jarak yang jauh.
Mengungkap dengan tepat bagaimana reaksi kimia tersebut bekerja dapat menghasilkan cara untuk meniru atau membuatnya kembali dalam sebuah teknologi baru, seperti untuk merancang sistem energi surya yang lebih baik .
Studi yang dipublikasikan di Science Advances, menggeneralisasi teorema populer yang disebut “ketidaksetaraan Bell” untuk mengidentifikasi keterikatan dalam reaksi kimia. Selain argumen teoretis, para peneliti juga memvalidasi ketidaksetaraan umum melalui sebuah simulasi kuantum.
“Belum ada yang secara eksperimental menunjukkan keterikatan dalam reaksi kimia karena kita belum memiliki cara untuk mengukurnya. Untuk pertama kalinya, kami memiliki cara praktis untuk mengukurnya,” kata Saber Kais, seorang profesor kimia di Purdue. “Pertanyaannya sekarang adalah, bisakah kita menggunakan keterikatan untuk keuntungan kita dalam memprediksi dan mengendalikan hasil dari reaksi kimia?”
Sejak tahun 1964, ketidaksetaraan Bell telah divalidasi secara luas dan berfungsi sebagai tes masuk untuk mengidentifikasi keterikatan yang dapat dijelaskan dengan pengukuran diskrit, seperti mengukur orientasi spin partikel kuantum dan kemudian menentukan apakah pengukuran tersebut berkorelasi dengan spin partikel lainnya. Jika suatu sistem melanggar ketidaksetaraan, maka keterikatan ada.
Tetapi menggambarkan keterikatan dalam reaksi kimia membutuhkan pengukuran terus menerus, seperti berbagai sudut balok yang menghamburkan reaktan dan memaksa mereka untuk menghubungi dan mengubahnya menjadi sebuah produk. Cara input disiapkan menentukan output dari reaksi kimia.
Tim Kais menggeneralisasikan ketidaksetaraan Bell untuk memasukkan pengukuran kontinu dalam reaksi kimia. Sebelumnya, teorema telah digeneralisasi untuk pengukuran kontinu dalam sistem fotonik.
Tim menguji ketidaksetaraan Bell secara umum dalam simulasi kuantum dari reaksi kimia yang menghasilkan molekul deuterium hidrida, membangun percobaan dari para peneliti Universitas Stanford yang bertujuan untuk mempelajari keadaan kuantum interaksi molekul, yang diterbitkan pada tahun 2018 di Nature Chemistry.
Karena simulasi memvalidasi teorema Bell dan menunjukkan bahwa keterikatan dapat diklasifikasikan dalam reaksi kimia, tim Kais mengusulkan untuk menguji lebih lanjut metode deuterium hidrida dalam suatu percobaan.
“Kami belum tahu output apa yang bisa kami kendalikan dengan memanfaatkan keterikatan dalam reaksi kimia — hanya saja output ini akan berbeda,” kata Kais. “Membuat keterikatan mekanika dapat diukur dalam sistem ini adalah langkah pertama yang penting.”
