Panitia Nobel di Swedia pada hari Selasa 7 Oktober 2025 mengumumkan anugerah Nobel Fisika 2025 kepada tiga ilmuwan Amerika yaitu John Clarke, Michel H. Devoret dan John M. Martinis dari University of California. Merujuk pada siaran pers Panitia Nobel, anugerah diberikan karena kontribusi ketiga ilmuwan terkait penemuan sifat kuantisasi tenaga dan terobosan kuantum dalam skala makroskopik pada rangkaian listrik. Kata kunci temuan pada tiga ilmuwan tersebut adalah frasa “skala makroskopik dalam rangkaian listrik”.
Sebagian masyarakat mungkin sudah memahami bahwa kejadian dalam dunia mikroskopik sangat berbeda dibanding kejadian dalam dunia makroskopik. Dunia mikroskopik secara sederhana dicirikan pada ukuran benda sebesar atom yang luar biasa kecil, sedangkan dunia makroskopik berada pada ukuran benda yang biasa terjadi pada kehidupan sehari-hari. Dari beberapa beberapa kejadian yang berbeda dan aneh, maka dua kejadian dalam dunia mikroskopik yang terkait Nobel Fisika 2025 adalah kuantisasi tenaga dan terobosan kuantum.
Dalam pengalaman sehari-hari kita terbiasa melihat benda, sebagai contoh mobil, yang mampu bergerak dengan kecepatan atau tenaga berapapun saat berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Dengan menginjak padal gas maka mobil mampu dipercepat sesuai yang dikehendaki. Gerak mobil akan terasa aneh saat orang menekan pedal gas namun mobil tetap pada kecepatan 60 km/h. Kejadian semakin aneh saat pedal gas terus ditekan maka gerak mobil hanya dapat berubah menjadi kecepatan 70 km/h, bukan angka kecepatan di antaranya. Kejadian aneh semacam itulah justru yang terjadi dalam dunia mikroskopik ketika gerak mobil digantikan oleh gerak elektron dalam atom. Dalam dunia mikroskopik, kecepatan atau tenaga elektron yang hanya boleh berubah pada nilai tertentu inilah yang disebut sebagai kuantisasi tenaga dan menjadi cikal bakal penamaan fisika kuantum bagi kejadian dalam dunia mikroskopik.
Ilustrasi lain dalam kehidupan sehari-hari adalah ketika suatu mobil bergerak perlahan dengan tenaga kecil dari satu tempat ke tempat lain yang terhalang tebing padat yang tinggi. Kita akan maklum saat mobil terpaksa tidak dapat melanjutkan gerak karena tidak mampu melewati ketinggian tebing padat. Menjadi hal aneh ketika dikatakan bahwa mobil tetap meneruskan gerak karena menembus tebing padat. Sekali lagi, kejadian aneh semacam itulah yang justru terjadi dalam dunia mikroskopik ketika dua tempat diganti oleh dua bahan superkonduktor, kemudian mobil diganti oleh suatu pasangan elektron dan akhirnya tebing padat diganti oleh pemisah antara dua bahan superkonduktor. Kemampuan suatu pasangan elektron hingga mampu menerobos celah yang memisahkan dua superkonduktor inilah yang disebut terobosan kuantum.
Pertanyaan yang kemudian muncul, ketika kuantisasi tenaga dan terobosan kuantum dalam dunia mikroskopik sudah ditemukan oleh beberapa ilmuwan dan telah mendapatkan anugerah Nobel Fisika atas kejadian kuantum yang aneh tersebut, mengapa John Clarke dan kolega masih mendapatkan Nobel Fisika 2025? Jawaban untuk ini boleh jadi karena ketiga ilmuwan tersebut mampu membawa kejadian kuantum dalam dunia mikroskopik tersebut ke dunia makroskopik. Upaya John Clarke dan kolega merupakan jawaban terhadap pertanyaan tantangan dari A. J. Leggett, penerima Nobel Fisika tahun 2003, yaitu: Adakah bukti pengukuran bahwa kejadian fisika kuantum berlaku pada dunia makroskopik?
Mengikuti saran A. J. Leggett, maka John Clarge dan kolega mengkaji suatu rangkaian listrik berdasar bahan superkonduktor sehingga arus yang mengalir merupakan gambaran gerak suatu pasangan elektron. Biasanya, rangkaian listrik yang digunakan saat ini berdasar bahan semikonduktor sehingga arus yang mengalir merupakan gambaran gerak elektron. Elektron memiliki sifat yang cenderung menolak dan tidak dapat mengumpul dengan sesama elektron lain karena mengikuti aturan yang dikenal dalam Fisika sebagai prinsip Larangan Pauli.
Hal yang berbeda, suatu pasangan elektron dalam superkondutor tidak mengikuti prinsip Larangan Pauli dan karenanya mampu mengumpul dengan suatu pasangan elektron lain. Akibatnya superkonduktor berpotensi memiliki sifat kolektif dari banyak kumpulan pasangan elektron yang pada akhirnya cukup besar sedemikian hingga membentuk kejadian kuantum pada dunia makroskopik. Analogi sederhana bagi sifat kolektif dari banyak kumpulan pasangan elektron tersebut mungkin mirip seperti sekumpulan lampu LED (Light Emitting Diode). Ketika hanya satu lampu LED maka cahaya yang terpancar masih kecil dann redup, namun saat banyak kumpulan lampu LED maka cahaya yang terpancar menjadi luar biasa besar dan terang benderang.
Prinsip kerja komputer berdasar rangkaian listrik semikonduktor yang ada selama ini adalah pada penyajian kode biner yang disebut bit dengan nilai 0 atau 1. Nilai bit 0 atau 1 dapat diwujudkan oleh rangkaian listrik yang mampu membangkitkan berbagai bentuk besaran fisis seperti dua nilai potensial listrik, saklar mati dan hidup atau lainnya. Dengan temuan John Clarge dan kolega maka dimungkinkan membangun komputer berdasar rangkaian listrik superkonduktor yang disebut komputer kuantum dan memiliki prinsip kerja berdasar kemiripan bit yang disebut sebagai quantum bit atau disingkat qubit. Berbeda dengan bit yang memiliki nilai biner 0 atau 1 saja, qubit sebagai perwujudan kejadian kuantum dalam dunia makroskopik dibolehkan memiliki banyak kemungkinan nilai 0 dan 1 secara bersamaan. Keterlibatan qubit dengan sifat tersebut nampak memiliki kesamaan seperti sifat pemrosesan secara paralel sehingga komputer kuantum dipandang berpotensi memiliki fitur luar biasa cepat dibanding komputer berdasar bit.
Pertanyaan penutup adalah kapan komputer kuantum akan terwujud? Apabila sekedar terwujud maka saat ini komputer komputer sudah berhasil dibangun oleh beberapa perusahaan dan institusi perguruan tinggi luar negeri ternama. Namun jika istilah terwujud adalah dalam konteks penggunaan komputer kuantum secara luas maka boleh jadi masih memerlukan waktu selama beberapa tahun atau bahkan 1 hingga 2 dekade ke depan. Perkiraan rentang waktu tersebut didasarkan pada pengalaman penghargaan Nobel Fisika lainnya. Sebagai contoh temuan semikonduktor, LED biru, superkonduktor atau graphene, yang juga memerlukan rentang waktu yang sama saat diukur dari waktu saat penganugerahan Nobel Fisika hingga waktu pemanfaatan temuan tersebut secara luas.
Terlepas pertanyaan tentang rentang waktu pemanfaatan secara luas tersebut, hal yang dapat dipastikan dari anugerah Nobel Fisika 2025 bahwa perwujudan komputer kuantum bukanlah sekedar mimpi namun merupakan hal yang nyata.
Pekik Edukasi 
Leave a Reply