Peneliti di Universitas RPTU Kaiserslautern-Landau telah mensimulasikan sambungan Josephson menggunakan atom ultradingin, mengungkap efek kuantum kunci yang sebelumnya tersembunyi di superkonduktor. Dengan memisahkan kondensat Bose-Einstein menggunakan penghalang laser bergerak, mereka mengamati langkah Shapiro, mengonfirmasi universalitas fenomena tersebut. Temuan, yang diterbitkan di Science, menghubungkan sistem kuantum atomik dan elektronik.
Sambungan Josephson sangat penting dalam teknologi kuantum, memungkinkan pengukuran tegangan yang presisi dan membentuk inti komputer kuantum. Mereka terdiri dari dua superkonduktor yang dipisahkan oleh isolator tipis, tetapi proses kuantumnya sulit diamati secara langsung karena skala mikroskopisnya.
Untuk mengatasi hal ini, tim yang dipimpin Herwig Ott di Universitas RPTU Kaiserslautern-Landau menggunakan simulasi kuantum dengan atom ultradingin. Mereka menciptakan dua kondensat Bose-Einstein dan membaginya menggunakan penghalang optik sempit dari sinar laser terfokus. Dengan memindahkan penghalang ini secara berkala, mereka meniru efek radiasi gelombang mikro pada sambungan Josephson tradisional.
Eksperimen menghasilkan langkah Shapiro yang jelas—plat tegangan terkuantisasi pada kelipatan frekuensi pendorong. Langkah-langkah ini, yang mendasari standar tegangan global, muncul di sistem atomik sama seperti di perangkat superkonduktif. "Dalam eksperimen kami, kami berhasil memvisualisasikan eksitasi yang dihasilkan untuk pertama kalinya. Fakta bahwa efek ini sekarang muncul di sistem fisik yang benar-benar berbeda—kumpulan atom ultradingin—mengonfirmasi bahwa langkah Shapiro adalah fenomena universal," kata Ott.
Studi ini, dilakukan bersama teoretikus Ludwig Mathey dari Universitas Hamburg dan Luigi Amico dari Technology Innovation Institute di Abu Dhabi, menunjukkan bagaimana simulasi kuantum mengungkap fisika tersembunyi. Seperti yang dijelaskan Ott, "Efek mekanik kuantum dari fisika state padat dipindahkan ke sistem yang benar-benar berbeda—dan tetap esensinya sama. Ini membangun jembatan antara dunia kuantum elektron dan atom."
Erik Bernhart, yang melakukan eksperimen selama penelitian doktoralnya, menyoroti potensi masa depan: "Rangkaian seperti itu sangat cocok untuk mengamati efek koheren, yaitu efek seperti gelombang." Tim bertujuan untuk menghubungkan beberapa sambungan atomik menjadi rangkaian untuk atomtronik, memungkinkan pengamatan langsung perilaku kuantum atomik, tidak seperti gerakan elektron yang sulit dilacak di padatan.
Diterbitkan di Science (2025; 390 (6778): 1130), karya ini memajukan pemahaman universalitas kuantum dan aplikasi di bidang seperti magnetoensefalografi untuk pencitraan otak.