Interferometer Mach-Zehnder adalah versi elegan dari eksperimen celah ganda. Sebuah foton masuk, dibelah oleh beam-splitter (cermin setengah-tembus) menjadi dua jalur, dipantulkan cermin, lalu disatukan kembali oleh beam-splitter kedua menuju dua detektor. Hasilnya mengungkap inti misteri kuantum: superposisi dan interferensi.
π Beam-splitter
Cermin setengah-tembus: separuh cahaya diteruskan, separuh dipantulkan. Untuk satu foton, ini berarti ia masuk ke superposisi dua jalur sekaligus β bukan memilih satu.
β¨ Hasil yang mengejutkan
Dengan dua jalur sama panjang, SEMUA foton tiba di D1, tak satu pun di D2. Padahal jika foton "memilih" satu jalur acak, mestinya 50/50. Hanya interferensi (foton melewati kedua jalur) yang bisa menjelaskan ini.
P(D1) = cosΒ²(Ο/2), P(D2) = sinΒ²(Ο/2)
Ο = beda fase antar dua jalur. Saat Ο=0, semua ke D1. Saat Ο=180Β°, semua pindah ke D2. Dengan menggeser fase satu jalur sedikit saja, kita mengendalikan ke detektor mana foton pergi.
π‘Bayangkan begini: bayangkan dua gelombang air yang dipisah lalu disatukan lagi. Jika puncak bertemu puncak di arah D1, gelombang menguat di sana (semua energi ke D1) dan saling meniadakan di arah D2. Foton tunggal melakukan hal yang sama β berinterferensi dengan "dirinya sendiri".
ποΈ Mengintip merusak interferensi
Pasang detektor untuk mengetahui lewat jalur mana foton lewat, dan interferensi langsung lenyap β hasilnya kembali 50/50 di kedua detektor. Mengetahui "jalur mana" menghapus superposisi. Inilah komplementaritas: informasi-jalur dan interferensi tak bisa ada bersamaan.
πDi Dunia Nyata: Interferometer ini dipakai pada detektor gelombang gravitasi LIGO(versi raksasa sepanjang kilometer!), sensor presisi tinggi, komputasi & komunikasi kuantum, serta eksperimen "pengukuran tanpa interaksi" (mendeteksi objek tanpa cahaya menyentuhnya).