‘Kesalahpahaman terbesar dalam bidang umum saya adalah bahwa fisika itu sulit dan didominasi oleh sekelompok orang jenius yang semuanya berkulit putih,’ kata Dr Joshua Heath.
Dr Joshua Heath adalah rekan jalur Research Ireland di Maynooth University, di mana penelitiannya berfokus pada superkonduktor yang berkorelasi kuat, kompleksitas simulasi kuantum, dan pengembangan perangkat keras yang optimal untuk perangkat kuantum generasi berikutnya.
Heath menyelesaikan gelar PhD dalam bidang fisika di Boston College sebelum melanjutkan ke posisi pascadoktoral pertamanya di Dartmouth College untuk meneliti hukum penskalaan universal dalam superkonduktivitas elektron-fonon.
Setelah itu, ia mengadakan penunjukan bersama di Universitas Connecticut dan Institut Nordik untuk Fisika Teoritis di Swedia, melanjutkan karyanya pada superkonduktivitas dan berfokus pada peran ‘cacat sistem dua tingkat’ dalam perangkat keras komputasi kuantum superkonduktor.
Apa yang menginspirasi Anda untuk menjadi peneliti?
Menurut saya, batasan antara peneliti dan non-peneliti sangatlah tipis. Saya pikir semua manusia, tua dan muda, memiliki keinginan bawaan untuk belajar tentang dunia di sekitar mereka.
Bagi saya, memilih untuk lebih memahami fisika dengan mengambil posisi penelitian formal bukanlah sesuatu yang membedakan saya dari seseorang yang berprofesi lain.
Seorang peneliti mengambil jalan keluar yang mudah – alih-alih menyeimbangkan profesi dengan keinginan alami manusia untuk mengetahui dunia di sekitarnya, seseorang yang mendedikasikan profesinya untuk penelitian ilmiah dapat memenuhi kebutuhan manusia yang lebih tinggi ini tanpa takut mengabaikan persyaratan yang diperlukan untuk mendapatkan gaji yang layak.
Dalam kaitannya dengan fisika versus ilmu pengetahuan lainnya, saya memilih fisika karena universalitasnya. Saya dapat memahami (atau setidaknya mencoba memahami) beberapa sistem biologis generik dengan prinsip-prinsip fisika mendasar, namun saya tidak dapat memanfaatkan proses biologis mendasar untuk memahami beberapa sistem fisik umum.
Ada keraguan dalam penelitian fisika – kemampuan untuk selalu mengambil jalan belakang dari arah karier pilihan Anda dan memulai sesuatu yang baru tanpa mempelajari kembali seluruh perangkat. Dengan mengambil jalur karir fisika, saya memberikan kebebasan pada diri saya untuk mengeksplorasi berbagai macam masalah.
Bisakah Anda memberi tahu kami tentang penelitian yang sedang Anda kerjakan?
Pekerjaan saya berada di persimpangan dua bidang utama fisika – fisika benda terkondensasi dan informasi kuantum.
Fisika benda terkondensasi berfokus pada sifat-sifat materi dalam fase padat dan cair. Hal yang menarik tentang fisika benda terkondensasi adalah bahwa bahan yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari (seperti transistor di ponsel) dijelaskan oleh prinsip fisika yang sangat rumit.
Fisikawan materi terkondensasi mempelajari berbagai jenis materi, namun fokus utama penelitian saya berkisar pada kelas materi yang dikenal sebagai ‘superkonduktor’.
Ketika didinginkan di bawah suhu kritis, hambatan listrik superkonduktor turun menjadi nol, dan medan magnet yang ada di dalam material akan hilang. Hal ini membuat superkonduktivitas menjadi fenomena yang sangat menarik untuk dipelajari, dan kami masih berusaha untuk memahaminya sepenuhnya.
Selain fisika benda terkondensasi, saya juga mempelajari teori informasi kuantum. Tujuan utama dari informasi kuantum adalah untuk membangun komputer kuantum – perangkat yang secara intrinsik memanfaatkan fenomena mekanika kuantum untuk memproses informasi dan melakukan perhitungan yang sulit.
Penelitian utama saya di Maynooth berkaitan dengan bagaimana bahan menarik dapat digunakan untuk membuat komputer kuantum, dan bagaimana keterbatasan komputer klasik (dan, dengan demikian, kekuatan komputasi kuantum) dapat dipahami melalui lensa bahan menarik serupa.
Misalnya, salah satu kandidat yang menjanjikan untuk perangkat keras komputasi kuantum adalah sirkuit kuantum superkonduktor, di mana komponen fundamental komputer terdiri dari elemen-elemen yang terbuat dari superkonduktor. Yang menarik bagi saya adalah pertanyaan tentang simulasi kuantum – sistem apa yang secara intrinsik sulit untuk disimulasikan pada komputer klasik, dan apakah ‘kekerasan’ ini dapat dikaitkan dengan gagasan mendasar tentang ‘kuantum’ dalam sistem banyak benda.
Saat ini, tim masuk saya agak kecil – saya harus memiliki mahasiswa master dan mahasiswa PhD yang datang awal musim gugur ini, dan saya akan bekerja dengan beberapa mahasiswa sarjana mulai musim panas ini. Tujuan saya adalah agar setiap anggota kelompok saya memiliki fokus yang tajam, sehingga mereka dapat menjadi ahli dalam permasalahan spesifik mereka.
Menurut Anda, mengapa penelitian Anda penting?
Saya pikir ini adalah pertanyaan yang halus. Penting memiliki arti yang berbeda bagi orang yang berbeda, dan pekerjaan saya tidak akan mengubah kehidupan sehari-hari banyak orang.
Dalam kaitannya dengan pengaruh apa pun di luar komunitas terdekat saya, hal terpenting yang dapat dilakukan penelitian saya adalah menyebarkan minat pada fase materi dengan banyak elektron.
Pada akhirnya, tugas saya adalah menginspirasi generasi ilmuwan berikutnya untuk melihat sebongkah logam membosankan dan merasakan kerinduan untuk memahami sifatnya.
Khusus untuk komunitas materi terkondensasi dan informasi kuantum, menurut saya penelitian saya penting karena dapat menjembatani kedua subbidang ini. Dengan cara ini, saya berharap kelompok saya dapat mempelopori pemahaman fenomena kuantum yang lebih saling berhubungan dan holistik.
Penerapan komersial apa yang Anda perkirakan untuk penelitian Anda?
Dalam hal aplikasi komersial, saya lebih suka memikirkan aplikasi yang bermanfaat bagi kemanusiaan, daripada aplikasi yang menghasilkan keuntungan. Dalam penerapannya, saya dapat memikirkan dua hal yang menurut saya sangat menarik – obat-obatan yang lebih baik dan produksi amonia yang bersih.
Penemuan obat memerlukan simulasi interaksi molekuler dan reaksi kimia yang sangat akurat, dan diharapkan dalam bidang ini komputer kuantum akan mampu mensimulasikan perilaku elektron rumit yang menjadi ciri molekul-molekul ini.
Namun, untuk aplikasi apa pun yang disebutkan di atas, kita memerlukan keadaan kuantum berkualitas tinggi untuk melakukan perhitungan yang mahal ini, dan mempersiapkan keadaan berkualitas tinggi ini merupakan tugas yang membutuhkan banyak sumber daya.
Saya pikir cara yang lebih baik untuk mengatasi masalah ini dalam jangka pendek adalah dengan memahami sifat dasar yang membuat sistem banyak elektron (seperti biomolekul besar) ‘sulit’ untuk disimulasikan pada komputer klasik, dan kemudian menghindarinya saat menggunakan perangkat keras klasik atau memanfaatkan ‘kekerasan’ ini sebagai sumber daya.
Apa saja tantangan terbesar yang Anda hadapi sebagai peneliti di bidang Anda?
Saya pikir ada dua tantangan utama. Dari sisi teknis, menurut saya kekuatan komputasi merupakan kemunduran besar. Kita sering kali perlu beralih ke angka untuk melakukan penghitungan banyak benda, dan oleh karena itu kita sering kali membutuhkan superkomputer (klasik) untuk membantu kita.
Sayangnya, permintaan superkomputer ini tinggi, jadi kita harus menerapkan waktu komputasi, dan terkadang hal ini menyebabkan keterlambatan dalam mendapatkan hasil.
Tantangan utama kedua adalah munculnya AI di kalangan pelajar. Selalu ada solusi online untuk banyak masalah di tingkat perguruan tinggi, namun kini ada masalah serius dengan siswa yang menggunakan AI untuk menyelesaikan masalah sulit sepenuhnya hanya dengan menekan satu tombol.
Saya telah melihat siswa menggunakan AI untuk menulis seluruh kode atau mengerjakan seluruh proyek yang saya berikan kepada mereka, dan jika hal ini terus berlanjut, saya yakin seluruh generasi siswa akan mulai kehilangan intuisi fisik mereka.
Apakah ada kesalahpahaman umum mengenai bidang penelitian ini?
Ada banyak kesalahpahaman tentang fisika dan komputasi kuantum secara umum. Dalam komputasi kuantum, menurut saya kesalahpahaman terburuk adalah bahwa komputer kuantum akan mengubah dunia.
Saat ini tidak ada satu pun contoh yang diterima secara luas dan konklusif di mana komputer kuantum memiliki kinerja yang lebih baik daripada komputer klasik. Sebaliknya, dalam fisika benda terkondensasi, menurut saya seharusnya ada lebih banyak kesalahpahaman.
Kesalahpahaman yang umum terjadi adalah tanda bahwa masyarakat umum sedang memikirkan masalah-masalah sulit dan mulai tertarik pada dunia di sekitar mereka. Kita membutuhkan lebih banyak teori semikonduktor yang gila.
Terakhir, menurut saya kesalahpahaman terbesar dalam bidang umum saya adalah bahwa fisika itu sulit dan didominasi oleh sekelompok orang jenius yang semuanya berkulit putih.
Melanjutkan keyakinan ini hanya akan meneruskan ‘jalur bocor’ kaum muda (terutama perempuan muda dan anggota komunitas LGBTQIA+) untuk mencari tujuan karier mereka di tempat lain. Fisika adalah tentang universalitas; kotak peralatan fisika dapat menggambarkan alam semesta, dan siapa pun di alam semesta dapat mengambil alat tersebut.
Bidang penelitian apa saja yang ingin Anda tangani di tahun-tahun mendatang?
Selalu sulit untuk membuat prediksi. Seringkali ide-ide yang tidak jelas dalam fisikalah yang mempunyai dampak paling bertahan lama, dan mengetahui masalah apa yang terbaik bukanlah hal yang sepele.
Satu hal yang ingin saya lihat adalah pendekatan komputasi kuantum yang lebih realistis. Fisikawan John Preskill mengatakan kita berada di era ‘NISQ’ – era perangkat kuantum skala menengah (NISQ) yang berisik. Saya pikir kita akan terjebak di era NISQ untuk sementara waktu, dan daripada berusaha menuju era komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan, kita sebaiknya memanfaatkan waktu kita sebaik-baiknya dengan apa yang kita miliki – misalnya, dengan memasukkan teknologi era NISQ ke dalam jalur pipa biomedis saat ini.