Ketika keajaiban kuantum dapat terlihat oleh mata: Sains di balik penghargaan Nobel Fisika 2025

Dunia fisika kuantum yang ajaib, di mana partikel dapat menembus dinding dan eksis dalam dua keadaan sekaligus, kini dapat dilihat (visibel) bagi mata manusia.

 

Stockholm, Swedia (Xinhua/Indonesia Window) – Dunia fisika kuantum yang ajaib, di mana partikel dapat menembus dinding dan eksis dalam dua keadaan sekaligus, kini dapat dilihat (visibel) bagi mata manusia.

Tiga ilmuwan yang berbasis di Amerika Serikat (AS), yakni John Clarke, Michel H. Devoret, dan John M. Martinis, dianugerahi penghargaan Nobel Fisika 2025 karena berhasil menunjukkan bahwa fenomena kuantum semacam itu dapat terjadi pada sirkuit listrik sederhana dalam skala yang cukup besar untuk dilihat oleh mata manusia.

Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia (Royal Swedish Academy of Sciences) menganugerahkan penghargaan kepada ketiga ilmuwan tersebut “atas penemuan penerowongan (tunneling) mekanika kuantum makroskopis dan kuantisasi energi dalam sirkuit listrik.”

Mereka akan berbagi hadiah sebesar 11 juta krona Swedia secara merata.

*1 krona Swedia = 1.763 rupiah

Siapa mereka dan apa yang mereka temukan?

Mekanika kuantum mengatur dunia mikroskopis yang terdiri atas atom dan elektron, di mana partikel dapat ‘membuat terowongan’ menembus penghalang dan menyerap paket-paket energi yang tertentu, yang disebut kuanta.

Pada skala manusia, efek ini tampak tak berlaku. Misalnya, bola yang terbuat dari molekul-molekul dalam jumlah yang luar biasa banyak tidak akan pernah bisa menembus dinding.

Pada 1980-an di University of California Berkeley, Clarke, Devoret, dan Martinis mulai menguji apakah hukum kuantum masih dapat diterapkan pada perangkat yang cukup besar untuk dilihat oleh mata manusia.

Ketiga ilmuwan itu membangun persimpangan Josephson, sebuah sirkuit di mana dua superkonduktor dipisahkan oleh sebuah insulator ultratipis. Pada logam biasa, elektron-elektron akan saling berdesak-desakan satu sama lain dan juga dengan bahan tersebut. Namun pada superkonduktor yang didinginkan hingga mendekati suhu nol absolut, elektron-elektron akan membentuk pasangan Cooper yang bergerak bersamaan tanpa hambatan, berbagi satu fungsi gelombang kuantum.

Tim ilmuwan tersebut menyiapkan sirkuit dalam keadaan tegangan nol yang, menurut fisika klasik, seharusnya tetap terperangkap. Namun, kadang-kadang sirkuit tersebut ‘lolos’, bukan melalui panas, melainkan melalui penerowongan kuantum melintasi penghalang energi. Hal ini memberikan bukti langsung tentang perilaku kuantum pada skala makroskopis.

Ketika para ilmuwan mengekspos sirkuit dengan radiasi gelombang mikro, mereka mengamati puncak resonansi yang tajam pada frekuensi tertentu. Setiap puncak berhubungan dengan celah energi antara dua keadaan terkuantisasi, yang menunjukkan bahwa energi sirkuit hanya dapat mengambil nilai-nilai yang diskret. Singkatnya, perangkat yang terbuat dari miliaran elektron berperilaku sebagai sistem kuantum tunggal.

Mengapa penemuan ini penting

Sebelum eksperimen dari ketiga ilmuwan tersebut, penerowongan kuantum dan kuantisasi energi sebagian besar telah dapat teramati pada partikel atom dan subatom.

Eva Olsson, anggota Komite Nobel Fisika, menggambarkan penemuan ini sebagai membuka “pintu menuju dunia lain.”

“Jika Anda membawanya ke skala makro, itu berarti Anda bisa memegangnya. Dan itulah mengapa Anda dapat menciptakan struktur baru, dan Anda dapat menyelidiki serta mempelajari apa yang terjadi di dunia kuantum itu,” tutur Olsson.

Olle Eriksson, ketua komite tersebut, mengatakan bahwa sangat menyenangkan untuk merayakan bagaimana mekanika kuantum yang telah berusia seabad terus memberikan kejutan-kejutan baru. “Penemuan ini juga sangat berguna, karena mekanika kuantum merupakan dasar dari semua teknologi digital.”

Dari eksperimen ke teknologi kuantum

Pada akhir 1990-an, para peneliti mengembangkan temuan mereka bertiga untuk menciptakan bit kuantum, atau qubit, yang menyimpan informasi dalam dua tingkat energi yang terkuantisasi, prinsip yang sama dengan yang ditunjukkan oleh Clarke, Devoret, dan Martinis.

Martinis kemudian menerapkan metode tersebut untuk mengembangkan prosesor kuantum superkonduktor awal, di mana qubit dapat berosilasi antara ‘0’ dan ‘1’ dalam superposisi kuantum yang rumit.

Transistor dalam microchip komputer merupakan salah satu contoh bagaimana mekanika kuantum telah mendasari teknologi sehari-hari, kata komite Nobel.

Penghargaan Nobel tahun ini meletakkan dasar bagi teknologi kuantum generasi berikutnya, termasuk kriptografi kuantum, komputer kuantum, dan sensor kuantum, ungkap komite tersebut.

Laporan: Redaksi