Penerima Hadiah Nobel di Bidang Fisika Tahun 2025
Penghargaan ini diberikan kepada individu atau kelompok yang telah memberikan kontribusi luar biasa dalam pemahaman kita tentang alam semesta melalui penelitian fisika.
Pada tahun 2025, Hadiah Nobel Fisika diberikan secara bersama-sama kepada tiga ilmuwan: John Clarke, Michel H. Devoret, dan John M. Martinis. Mereka dianugerahi atas "penemuan terowongan mekanika kuantum makroskopik dan kuantisasi energi dalam sirkuit listrik". Penghargaan ini diumumkan pada 7 Oktober 2025, dan ketiganya berbagi hadiah sebesar 11 juta krona Swedia (sekitar 1 juta dolar AS).
Penelitian mereka, yang dilakukan pada pertengahan 1980-an di laboratorium University of California, Berkeley, menunjukkan bahwa fenomena kuantum—yang biasanya hanya terlihat pada skala atomik—dapat diamati pada skala makroskopik menggunakan sirkuit listrik superkonduktor.
Ini tidak hanya memperkaya pemahaman teori fisika kuantum, tetapi juga membuka jalan bagi teknologi seperti komputasi kuantum. Artikel ini akan membahas secara lengkap dan detail tentang profil para penerima, kontribusi ilmiah mereka, penjelasan konsep kunci, serta dampaknya terhadap sains dan teknologi.
Profil Para Penerima
John Clarke
John Clarke lahir pada tahun 1942 di Cambridge, Inggris. Ia memperoleh gelar PhD pada tahun 1968 dari University of Cambridge, Inggris. Setelah itu, ia pindah ke University of California, Berkeley, Amerika Serikat, di mana ia menjadi profesor dan membangun kelompok penelitian yang fokus pada fenomena superkonduktor dan sambungan Josephson.
Clarke adalah pemimpin laboratorium di mana Devoret dan Martinis bekerja bersamanya. Kontribusinya meliputi pengembangan instrumen pengukuran presisi tinggi untuk mengamati efek kuantum. Saat ini, ia masih aktif sebagai profesor emeritus di UC Berkeley. Clarke menyatakan kejutan atas penghargaan ini, karena ia tidak pernah mengira pekerjaannya akan diakui pada level Nobel.
Michel H. Devoret
Michel H. Devoret lahir pada tahun 1953 di Paris, Prancis. Ia meraih gelar PhD pada tahun 1982 dari Paris-Sud University, Prancis. Setelah itu, ia bergabung sebagai postdoc di laboratorium Clarke di UC Berkeley pada pertengahan 1980-an.
Saat ini, Devoret adalah profesor di Yale University, New Haven, Connecticut, dan juga terafiliasi dengan University of California, Santa Barbara, Amerika Serikat. Latar belakangnya dalam fisika teori dan eksperimental membuatnya ahli dalam menggabungkan konsep kuantum dengan sistem makroskopik. Devoret telah berkontribusi signifikan dalam pengembangan qubit superkonduktor.
John M. Martinis
John M. Martinis lahir pada tahun 1958 di Amerika Serikat. Ia memperoleh gelar PhD pada tahun 1987 dari University of California, Berkeley, di bawah bimbingan Clarke. Saat ini, ia adalah profesor di University of California, Santa Barbara.
Martinis dikenal karena peranannya dalam pengembangan komputasi kuantum praktis; ia pernah memimpin tim di Google yang mengklaim mencapai "supremasi kuantum" pada tahun 2019, meskipun klaim tersebut kemudian diperdebatkan. Latar belakangnya sebagai mahasiswa doktoral di lab Clarke membuatnya menjadi bagian integral dari eksperimen kunci.
Ketiga ilmuwan ini berkolaborasi di lab Clarke pada 1980-an, di mana Devoret sebagai postdoc dan Martinis sebagai mahasiswa doktoral. Kolaborasi ini menghasilkan serangkaian eksperimen revolusioner yang menjadi dasar penghargaan mereka.
Kontribusi Ilmiah
Pada tahun 1984 dan 1985, ketiganya melakukan eksperimen di UC Berkeley menggunakan sirkuit listrik superkonduktor untuk menunjukkan efek kuantum makroskopik. Mereka membangun sirkuit dengan dua superkonduktor yang dipisahkan oleh lapisan isolator tipis, membentuk sambungan Josephson.
Sirkuit ini, berukuran sekitar satu sentimeter, melibatkan miliaran pasangan Cooper (pasangan elektron yang membentuk superkonduktivitas) yang berperilaku sebagai sistem kuantum tunggal, digambarkan oleh fungsi gelombang bersama.
Eksperimen mereka membuktikan dua fenomena utama:
- Terowongan Kuantum Makroskopik: Sistem awalnya berada dalam keadaan tegangan nol (seperti tuas dalam posisi "off"). Namun, melalui terowongan kuantum, sistem bisa berpindah ke keadaan dengan tegangan, seolah-olah melewati penghalang energi tanpa energi yang cukup secara klasik. Semua pasangan Cooper bertindak secara serentak, seperti partikel raksasa tunggal.
- Kuantisasi Energi: Sistem hanya menyerap atau memancarkan energi dalam jumlah tertentu (kuanta). Dengan memasukkan gelombang mikro dengan panjang gelombang bervariasi ke dalam keadaan tegangan nol, mereka mengamati sistem berpindah ke tingkat energi lebih tinggi, dengan durasi keadaan tegangan nol menurun sesuai prediksi kuantum.
Mereka memberi arus lemah ke sambungan dan mengukur tegangan, yang awalnya nol karena fungsi gelombang tertutup. Kemudian, mereka mempelajari waktu yang dibutuhkan sistem untuk terowongan keluar, menggunakan pengukuran statistik mirip dengan waktu paruh peluruhan nuklir. Mereka juga menggunakan gelombang mikro untuk mengamati penyerapan energi dan transisi ke tingkat energi lebih tinggi.
Eksperimen ini dilakukan pada suhu mendekati nol mutlak untuk mengisolasi efek kuantum dari gangguan termal, menggunakan sirkuit superkonduktor di mana logam tertentu menjadi superkonduktor, membawa arus tanpa hambatan karena elektron membentuk pasangan yang mengembun menjadi gelombang makroskopik tunggal.
Penjelasan Konsep Kunci
Terowongan Mekanika Kuantum Makroskopik
Terowongan kuantum adalah fenomena di mana sistem yang terdiri dari banyak partikel dapat bertransisi dari satu keadaan ke keadaan lain dengan "melewati" penghalang energi, seperti melewati dinding, yang tidak mungkin dalam fisika klasik.
Dalam eksperimen mereka, sirkuit superkonduktor terowongan dari keadaan tegangan nol ke keadaan dengan tegangan, menunjukkan efek ini pada skala makroskopik. Ini mirip dengan prediksi tahun 1920-an dan diamati pada sambungan Josephson, di mana pasangan elektron menembus penghalang isolator tipis.
Kuantisasi Energi
Dalam mekanika kuantum, energi tidak kontinu melainkan datang dalam paket diskrit yang disebut kuanta. Para penerima menunjukkan bahwa sistem mereka hanya bisa menyerap atau memancarkan energi dalam jumlah tertentu, dengan tingkat energi seperti tangga, mirip partikel mikroskopik di balik penghalang. Ini dibuktikan dengan gelombang mikro yang menyebabkan arus terowongan meningkat sesuai prediksi.
Konsep ini terkait dengan eksperimen pikiran Schrödinger's cat, di mana fenomena dengan banyak partikel masih bisa menunjukkan perilaku kuantum.
Dampak terhadap Fisika dan Teknologi
Penemuan ini memberikan wawasan baru ke dalam mekanika kuantum dengan menciptakan efek makroskopik (tegangan terukur) dari keadaan kuantum makroskopik, digambarkan oleh fungsi gelombang bersama untuk jumlah partikel yang sangat besar. Ini menawarkan bentuk atom buatan untuk eksperimen lebih lanjut.
Dalam teknologi, pekerjaan mereka berdampak pada komputasi kuantum. Martinis kemudian menggunakan kuantisasi energi ini dalam eksperimen komputer kuantum, di mana sirkuit dengan keadaan terkuantisasi berfungsi sebagai qubit. Tidak seperti bit klasik (0 atau 1), qubit bisa berada dalam keadaan superposisi 0 dan 1 secara simultan, memungkinkan pemecahan masalah kompleks yang tidak bisa dilakukan oleh komputer konvensional. Sirkuit superkonduktor menjadi kandidat utama untuk qubit di komputer kuantum masa depan.
Meskipun sitasi Nobel tidak secara spesifik menyebut pengembangan qubit superkonduktor—yang juga dikaitkan dengan peneliti lain seperti Hans Mooij dan Yasunobu Nakamura—penemuan ini dianggap sebagai fondasi penting.
Hadiah Nobel Fisika 2025 untuk John Clarke, Michel H. Devoret, dan John M. Martinis menandai tonggak penting dalam fisika kuantum, membuktikan bahwa prinsip kuantum dapat diterapkan pada skala besar.
Penelitian mereka tidak hanya memperdalam pemahaman teori, tetapi juga mendorong inovasi teknologi seperti quantum computing, yang berpotensi merevolusi komputasi, kriptografi, dan simulasi material. Penghargaan ini mengingatkan kita akan kekuatan kolaborasi ilmiah dalam mengungkap rahasia alam semesta.
Posting Komentar untuk "Penerima Hadiah Nobel di Bidang Fisika Tahun 2025"