Google Doodle menampilkan animasi yang menarik untuk merayakan Hari Kuantum Sedunia pada tanggal 14 April 2025, dengan fokus pada konsep superposisi kuantum. Superposisi kuantum adalah fenomena di mana sebuah partikel, seperti elektron atau foton, dapat eksis dalam beberapa keadaan secara bersamaan.
Bayangkan menyentuh permukaan kolam di dua titik berbeda pada saat yang sama. Gelombang akan menyebar keluar dari setiap titik, dan akhirnya saling tumpang tindih untuk membentuk pola yang lebih kompleks. Ini adalah superposisi gelombang. Demikian pula, dalam sains kuantum, objek seperti elektron dan foton memiliki sifat seperti gelombang yang dapat bergabung dan menjadi apa yang disebut superposisi.
Sementara gelombang di permukaan kolam terbentuk oleh pergerakan air, gelombang kuantum bersifat matematis. Gelombang kuantum dinyatakan sebagai persamaan yang menggambarkan probabilitas keberadaan suatu objek dalam keadaan tertentu atau memiliki sifat tertentu. Persamaan tersebut dapat memberikan informasi tentang probabilitas elektron bergerak pada kecepatan tertentu atau berada di lokasi tertentu.
Ketika elektron berada dalam superposisi, berbagai keadaannya dapat dianggap sebagai hasil yang terpisah, masing-masing dengan probabilitas tertentu untuk diamati. Elektron dapat dikatakan berada dalam superposisi dua kecepatan yang berbeda atau di dua tempat sekaligus. Memahami superposisi dapat membantu memajukan teknologi kuantum seperti komputer kuantum .
Konsep superposisi kuantum mungkin sulit divisualisasikan. Deskripsi tradisional menggunakan analogi koin yang memiliki sisi kepala menghadap ke atas dan sisi ekor menghadap ke atas pada saat yang sama, atau eksperimen pemikiran kucing Schrödinger yang terkenal, di mana fisikawan Erwin Schrödinger membayangkan menempatkan seekor kucing dalam kotak tertutup bersama dengan zat beracun yang memiliki peluang yang sama untuk membunuh kucing tersebut—atau tidak—dalam waktu satu jam.
Schrödinger mengusulkan bahwa, pada akhir jam, kucing tersebut dapat dikatakan hidup dan mati, dalam superposisi keadaan hingga kotak tersebut dibuka, dan bahwa tindakan pengamatan secara acak menentukan apakah kucing tersebut hidup atau mati.
Schrödinger bermaksud contoh tersebut untuk menunjukkan apa yang ia lihat sebagai absurditas ilmu kuantum. Dalam istilah matematika, superposisi dapat dianggap sebagai persamaan yang memiliki lebih dari satu solusi. Ketika kita memecahkan x 2 = 4, x dapat bernilai 2 atau –2. Kedua jawaban tersebut benar.
Fungsi gelombang superposisi akan lebih rumit untuk dipecahkan, tetapi keduanya dapat didekati dengan pola pikir yang sama.
Bagaimana ilmuwan dapat mengamati superposisi?
Banyak percobaan telah dilakukan yang membuktikan secara definitif keberadaan superposisi. Salah satu contohnya adalah penggunaan filter cahaya: layar yang secara selektif menghalangi cahaya, seperti yang terdapat pada kacamata hitam terpolarisasi atau lensa kamera.
Sebagian besar cahaya yang kita lihat di sekitar kita merupakan gabungan dari berbagai gelombang yang berasal dari matahari dan sumber lainnya. Puncak dan lembah gelombang ini diputar ke berbagai arah sekaligus. Dengan kata lain, cahaya berada dalam superposisi dari berbagai keadaan terpolarisasi ini.
Grafik yang menunjukkan cahaya terpolarisasi, bentuk gelombang pada sudut yang berbeda pada sumbu Polarisasi cahaya Kredit: Lance Hayashida untuk Caltech Science Exchange Saat gelombang cahaya berinteraksi dengan lingkungan sekitarnya, sifat-sifatnya berubah. Cahaya yang terpantul dari permukaan danau atau tanah yang tertutup salju kemungkinan besar akan terpolarisasi secara horizontal.
Jika cahaya ini kemudian bertemu dengan filter yang hanya memungkinkan cahaya terpolarisasi vertikal untuk melewatinya, pantulannya akan terhalang. Beginilah cara kacamata hitam terpolarisasi menyaring silau dari permukaan yang memantulkan cahaya pada hari yang cerah. Superposisi menjadi jelas ketika kita mengatur lebih dari satu filter dengan cara yang berbeda untuk mengungkap sifat-sifat cahaya tambahan. Cahaya yang melewati filter horizontal akan memiliki peluang 100 persen untuk melewati filter horizontal kedua, yaitu, semuanya akan melewatinya. Jika filter kedua ini diputar secara bertahap ke arah vertikal, peluang cahaya untuk melewati kedua filter akan terus berkurang.
Setengah dari cahaya akan melewatinya ketika filter mencapai diagonal (45 derajat), dan tidak ada cahaya yang akan melewatinya ketika filter vertikal. Jika superposisi tidak ada, cahaya akan terhalang sepenuhnya begitu filter kedua diputar, bahkan hanya sebagian kecil derajat, karena semua cahaya yang melewati filter pertama akan terpolarisasi secara horizontal.
Ilustrasi cahaya yang melewati filter horizontal dan diblokir oleh filter vertikal Tidak ada cahaya yang melewati filter horizontal yang diikuti oleh filter vertikal. Kredit: Lance Hayashida untuk Caltech Science Exchange Anehnya, penambahan filter diagonal antara filter horizontal dan vertikal memungkinkan sebagian cahaya masuk ke seluruh sistem. Ini juga merupakan hasil superposisi.
Filter baru akan memungkinkan 50 persen cahaya yang melewati filter horizontal untuk lewat. Kemudian, karena filter baru juga diagonal relatif terhadap filter vertikal, filter vertikal akan memungkinkan 50 persen cahaya untuk lewat. Ilustrasi cahaya yang melewati filter horizontal, sebagian melalui filter diagonal, dan lebih sedikit melalui filter vertikal Sebagian cahaya melewati filter horizontal yang kemudian diikuti oleh filter diagonal dan filter vertikal. Kredit: Lance Hayashida untuk Caltech Science Exchange Filter diagonal berfungsi untuk "mengatur ulang" superposisi cahaya dengan membuatnya lebih mungkin terpolarisasi vertikal.
Google Doodle dan Edukasi Publik
Melalui Doodle hari ini, Google tidak hanya merayakan penemuan-penemuan penting dalam fisika kuantum, tetapi juga mengedukasi publik tentang konsep-konsep abstrak. Dengan animasi yang menarik, Google membantu dunia memahami kuantum yang penuh keajaiban. Hari Kuantum Sedunia adalah kesempatan untuk menghargai kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, serta untuk menginspirasi generasi mendatang untuk terus menjelajahi misteri alam semesta.
