Hadiah Nobel Fisika 2025: Mekanika Kuantum dari Mikro ke Makro

Tepat 100 tahun setelah penemuan mekanika kuantum, Hadiah Nobel Fisika 2025 menghormati tiga ilmuwan Amerika yang menunjukkan bahwa efek kuantum aneh dapat terjadi dalam skala besar, membuka era baru bagi teknologi kuantum.

Ilmuwan John Clarke, Michel H. Devoret dan John M. Martinis diumumkan sebagai pemenang Hadiah Nobel Fisika tahun ini oleh Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia, dalam konferensi pers di Stockholm, Swedia, pada 7 Oktober - Foto: REUTERS

Pada tahun 1925, fisikawan Heisenberg, Schrödinger, dan Dirac menemukan mekanika kuantum—penemuan aneh yang akan mengubah dunia .

Tepat 100 tahun kemudian, Hadiah Nobel Fisika 2025 dianugerahkan kepada tiga fisikawan Amerika yang membawa efek terowongan kuantum - efek kuantum mikroskopis yang aneh - ke dunia makroskopis, membuka banyak aplikasi inovatif.

Senang sekali bisa merayakan bagaimana mekanika kuantum yang telah berusia berabad-abad terus menghadirkan kejutan-kejutan baru. Hal ini juga sangat bermanfaat, karena mekanika kuantum adalah fondasi dari semua teknologi digital .

Olle Eriksson (Ketua Komite Nobel Fisika, berbicara)

Penemuan terobosan efek terowongan

Tiga fisikawan Amerika, John Clarke, Michel H. Devoret, dan John M. Martinis, dianugerahi Hadiah Nobel Fisika 2025 atas "penemuan efek penerowongan kuantum makroskopis dan kuantisasi energi dalam rangkaian listrik," menurut pengumuman Komite Nobel.

Penghargaan tahun ini menghormati serangkaian percobaan yang mereka lakukan pada tahun 1984 dan 1985 pada sirkuit superkonduktor, yang menunjukkan bahwa "penerowongan" - fenomena partikel yang melewati penghalang yang hanya dapat terjadi dalam mekanika kuantum - dapat terjadi pada skala yang jauh lebih besar daripada yang diyakini sebelumnya.

Profesor John Clarke, yang menerima gelar doktor dari Universitas Cambridge pada tahun 1968, telah menjadi Profesor Fisika di Universitas California, Berkeley sejak tahun 1969. Saat ini ia adalah Profesor Emeritus di Sekolah Pascasarjana universitas tersebut.

Michel H. Devoret, lahir di Paris dan menerima gelar doktor di sana, adalah profesor emeritus fisika terapan di Institut Kuantum Yale, Universitas Yale.

John M. Martinis meraih gelar Ph.D. dari University of California, Berkeley. Setelah mengajar di universitas tersebut, ia baru-baru ini bekerja di tim AI kuantum Google.

Pada pertengahan 1980-an, Bapak Devoret bergabung dengan kelompok riset Bapak Clarke sebagai peneliti pascadoktoral, bersama mahasiswa doktoralnya, Martinis. Bersama-sama, mereka menerima tantangan untuk mendemonstrasikan efek terowongan kuantum pada tingkat makroskopis.

Dalam eksperimen mereka, ketiga ilmuwan tersebut membangun sirkuit dari superkonduktor yang dapat menghantarkan arus listrik tanpa hambatan. Dengan memodifikasi dan mengukur sifat-sifat sirkuit, mereka dapat mengendalikan fenomena yang terjadi. Partikel-partikel bermuatan yang bergerak melalui superkonduktor membentuk sistem yang berperilaku seolah-olah mereka adalah satu partikel tunggal yang mengisi seluruh sirkuit.

Sistem partikel ini awalnya berada dalam keadaan di mana arus mengalir tanpa tegangan, seolah-olah terhalang oleh penghalang yang tidak dapat dilewati.

Dalam percobaan tersebut, sistem menunjukkan sifat-sifat kuantum dengan keluar dari keadaan ini melalui efek terowongan kuantum. Ketiga ilmuwan tersebut juga menunjukkan bahwa sistem tersebut terkuantisasi, artinya sistem tersebut hanya menyerap atau memancarkan energi dalam jumlah tertentu.

Ilustrasi efek terowongan mekanika kuantum: Lempar bola ke dinding, dan bola itu memantul kembali. Namun, lemparkan partikel mikroskopis, dan bola itu menembus dinding. Efek ini biasanya berkurang untuk sekelompok besar partikel, itulah sebabnya kita tidak pernah melihat seseorang melewati dinding dalam kehidupan sehari-hari - Foto: JOHAN JARNESTAD/Akademi Ilmu Pengetahuan Swedia

Membuka jalan bagi teknologi kuantum

Eksperimen ini memiliki konsekuensi penting bagi pemahaman mekanika kuantum. Sebelumnya, efek mekanika kuantum makroskopis melibatkan banyak partikel mikroskopis yang digabungkan untuk menghasilkan fenomena seperti laser, superkonduktor, dan superfluida. Namun, eksperimen tiga fisikawan peraih Nobel tahun ini menghasilkan efek makroskopis langsung.

Keadaan kuantum makroskopis semacam ini membuka potensi baru bagi eksperimen yang memanfaatkan fenomena yang mengatur dunia mikroskopis. Keadaan ini dapat dianggap sebagai semacam atom buatan dalam skala besar, yang digunakan untuk mensimulasikan dan membantu studi sistem kuantum lainnya.

Salah satu aplikasi pentingnya adalah komputer kuantum yang kemudian diimplementasikan Martinis. Ia menggunakan kuantisasi energi persis seperti yang telah didemonstrasikan olehnya dan dua rekan peraih Nobelnya, menggunakan sirkuit dengan keadaan terkuantisasi sebagai bit kuantum atau qubit dengan keadaan energi terendah adalah 0 dan yang tertinggi adalah 1.

Sirkuit superkonduktor merupakan salah satu teknik yang sedang dieksplorasi dalam upaya membangun komputer kuantum. Martinis menjabat sebagai kepala kelompok riset komputasi kuantum Google dari tahun 2014 hingga 2020.

Bapak Clarke mengatakan penelitian mereka telah membantu membuka jalan bagi kemajuan teknologi, seperti lahirnya ponsel. Komite Nobel juga menegaskan: "Tidak ada teknologi canggih saat ini yang tidak didasarkan pada mekanika kuantum, termasuk: ponsel, kamera... dan kabel serat optik."

Ketika fisika dan kimia bertemu di "terowongan" kuantum

Hadiah Nobel Fisika 2025 diberikan kepada tiga ilmuwan atas penemuan mereka di bidang mekanika kuantum 40 tahun yang lalu. Hasil ini tidak terlalu mengejutkan, karena UNESCO telah menetapkan tahun 2025 sebagai Tahun Internasional Sains dan Teknologi Kuantum.

Komite Nobel menyatakan: "Mekanika kuantum adalah dasar dari semua teknologi digital… Eksperimen mereka meletakkan dasar bagi kemajuan teknologi baru berdasarkan prinsip-prinsip kuantum".

Ketiga fisikawan ini menemukan efek terowongan dan menentukan lonjakan energi dalam rangkaian listrik. Efek terowongan segera menjadi konsep sentral dalam menjelaskan banyak reaksi kimia.

Hal ini dapat dibayangkan secara sederhana seperti ketika melewati Hai Van Pass: reaktan sering kali harus "mendaki celah" dengan energi yang sangat tinggi, tetapi kadang-kadang mereka "melewati terowongan", mengatasi penghalang energi lebih cepat untuk menciptakan reaksi.

Tunneling diajarkan di tingkat universitas dalam buku teks kinetika kimia, dan dimodelkan menggunakan metode kuantum saat menghitung konstanta laju reaksi. Fisika dan kimia, sekali lagi, berpadu dengan sangat baik.

Prof Nguyen Minh Tho - Profesor Kehormatan di KU Leuven University, Belgia

Kembali ke topik

DR. NGUYEN TRUNG DAN

Sumber: https://tuoitre.vn/nobel-vat-ly-2025-co-hoc-luong-tu-tu-vi-mo-den-vi-mo-20251007222830181.htm