Нобелевскую премию 2025 года по физике присудили за открытие в квантовой механике

Лауреатами Нобелевской премии по физике в 2025 году стали американские ученые Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи», объявила 7 октября Шведская королевская академия наук.

«Важнейший вопрос физики - максимальный размер системы, способной продемонстрировать квантово-механические эффекты. Лауреаты Нобелевской премии этого года провели эксперименты с электрической цепью, в которой продемонстрировали как квантово-механическое туннелирование, так и квантовые уровни энергии в системе, достаточно большой, чтобы уместиться в руке», - говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета. 

Отмечается, что квантовая механика позволяет частице проходить сквозь барьер, используя процесс, называемый туннелированием. При большом числе частиц квантово-механические эффекты обычно становятся незначительными. Эксперименты лауреатов продемонстрировали, что квантово-механические свойства можно конкретизировать в макроскопическом масштабе.

В 1984 и 1985 годах Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис провели серию экспериментов с электронной цепью, построенной из сверхпроводников - компонентов, способных проводить ток без электрического сопротивления. В цепи сверхпроводящие компоненты были разделены тонким слоем непроводящего материала, устройством, известным как джозефсоновский переход. Уточняя и измеряя все различные свойства своей цепи, физики смогли контролировать и исследовать явления, возникающие при пропускании через нее тока. Вместе заряженные частицы, движущиеся через сверхпроводник, составляли систему, которая вела себя так, как если бы они были единой частицей, заполняющей всю цепь.

Эта макроскопическая система, подобная частице, изначально находится в состоянии, в котором ток протекает без напряжения. Система оказывается запертой в этом состоянии, словно за барьером, который она не может преодолеть. В эксперименте система проявляет свою квантовую природу, преодолевая состояние нулевого напряжения посредством туннелирования. Изменение состояния системы регистрируется по появлению напряжения.

Лауреатам также удалось продемонстрировать, что система ведет себя так, как предсказывает квантовая механика - она квантуется, то есть поглощает или испускает только определенное количество энергии.

«Замечательно, что мы можем отпраздновать то, как вековая квантовая механика постоянно преподносит новые сюрпризы. Это также чрезвычайно полезно, поскольку квантовая механика лежит в основе всех цифровых технологий», - отметил председатель Нобелевского комитета по физике Улле Эрикссон.

Транзисторы в компьютерных микрочипах - один из примеров устоявшейся квантовой технологии, окружающей нас. Нобелевская премия по физике этого года открыла возможности для разработки следующего поколения квантовых технологий, включая квантовую криптографию, квантовые компьютеры и квантовые датчики.

Напомним, в минувшем году лауреатами Нобелевской премии по физике стали ученые Джон Хопфилд и Джеффри Хинтон «за основополагающие открытия и изобретения, которые позволяют осуществлять машинное обучение с использованием искусственных нейросетей».