Trzech badaczy mechaniki kwantowej otrzymało tegoroczną Nagrodę Nobla z fizyki, ogłosiła Królewska Szwedzka Akademia Nauk. Laureatom zawdzięczamy odkrycie wiążące się ze zjawiskami, które możemy zaobserwować gołym okiem.
Królewska Szwedzka Akademia Nauk zdecydowała o przyznaniu Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki za rok 2025 Johnowi Clarke’owi, Michelowi H. Devoretowi i Johnowi M. Martinisowi „za odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowego i kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym”.
Laureaci, przeprowadzając serię eksperymentów, wykazali, iż adekwatności świata kwantowego mogą się ujawniać także w układach makroskopowych – na tyle dużych, iż można je trzymać w dłoni i obserwować gołym okiem.
„Ich nadprzewodzący układ elektryczny potrafił przechodzić z jednego stanu w drugi tak, jakby przenikał prosto przez ścianę. Badacze pokazali również, iż system pochłaniał i emitował energię w porcjach o określonej wielkości – dokładnie tak, jak przewiduje mechanika kwantowa”, napisano w wydanym komunikacie.
Na czym polega odkrycie?
„Mechanika kwantowa pozwala cząstce przeniknąć prosto przez barierę dzięki zjawisku zwanemu tunelowaniem. Gdy jednak w grę wchodzi duża liczba cząstek, efekty kwantowe zwykle stają się nieznaczne. Eksperymenty laureatów pokazały, iż własności mechaniki kwantowej mogą się ujawniać również w skali makroskopowej”, wyjaśnia Komitet Noblowski.
W latach 1984–1985 John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis przeprowadzili serię eksperymentów z obwodem elektrycznym zbudowanym z nadprzewodników – elementów zdolnych do przewodzenia prądu bez oporu elektrycznego. W obwodzie tym nadprzewodzące komponenty były oddzielone cienką warstwą materiału nieprzewodzącego, tworząc tzw. złącze Josephsona.
Zmieniając swój układ i mierząc różne jego adekwatności, naukowcy mogli kontrolować i badać zjawiska pojawiające się podczas przepływu prądu. Ruch ładunków w nadprzewodniku tworzył system, który zachowywał się tak, jakby był jedną cząstką obejmującą cały obwód.
„Ten makroskopowy układ o charakterze cząstki początkowo znajduje się w stanie, w którym prąd płynie bez napięcia. System jest w tym stanie uwięziony – jakby znajdował się za barierą, której nie może przekroczyć”, pisze Komitet.
„W eksperymencie system ujawnia jednak swój kwantowy charakter, wydostając się ze stanu zerowego napięcia dzięki tunelowaniu. Zmiana stanu układu jest wykrywana poprzez pojawienie się napięcia”, dodaje.
Laureaci zdołali również wykazać, iż system zachowuje się zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej – jest skwantowany, co oznacza, iż pochłania lub emituje energię jedynie w ściśle określonych porcjach.
– To wspaniałe, iż (…) mająca już ponad sto lat mechanika kwantowa wciąż przynosi niespodzianki. Jest też niezwykle użyteczna, ponieważ stanowi fundament całej technologii cyfrowej – powiedział Olle Eriksson, przewodniczący Komitetu Noblowskiego ds. fizyki.
Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki „otwiera możliwości rozwoju kolejnej generacji technologii kwantowych – w tym kryptografii kwantowej, komputerów kwantowych i czujników kwantowych”, podkreśla Komitet.
Kim są laureaci?
83-letni Brytyjczyk John Clarke to profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Doktorat uzyskał w 1968 roku na Uniwersytecie w Cambridge. W 1998 r. otrzymał nagrodę Joseph F. Keithley Award For Advances in Measurement Science, w 1999 r. Comstock Prize in Physics, a w 2004 r. Hughes Medal.
72-letni Francuz Michel H. Devoret jest profesorem Uniwersytetu Yale w New Haven oraz Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara. Doktorat obronił w 1982 roku na Uniwersytecie Paris-Sud. Pełni również funkcję dyrektora Laboratorium Nanofabrykacji Fizyki Stosowanej na Uniwersytecie Yale. Oprócz tego jest głównym naukowcem w Google Quantum AI.
67-letni Amerykanin John M. Martinis, podobnie jak Devoret, jest profesorem Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara. Doktorat uzyskał w 1987 roku na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. W 2014 roku laboratorium Google Quantum A.I. Lab ogłosiło, iż zatrudniło Martinisa i jego zespół w ramach wielomilionowej umowy na budowę komputera kwantowego wykorzystującego nadprzewodzące kubity.
Nagroda Nobla
Nagrodę Nobla ustanowił w swoim testamencie Alfred Nobel – wynalazca dynamitu, który był zamożnym przedsiębiorcą. Nagrodę przyznaje się od 1901 roku za wybitne osiągnięcia w dziedzinach związanych z nauką oraz z literatury i krzewienia pokoju. Przerwy w przyznawaniu nagród wynikały głównie z trwających wojen światowych.
Później dodano nagrodę z ekonomii, którą finansuje przez szwedzki bank centralny Riksbank. Laureatów wybierają komisje ekspertów z różnych instytucji.
Uroczystość wręczenia nagród, w których uczestniczą rodziny królewskie Szwecji i Norwegii, kończy się wystawnym bankietem 10 grudnia – w rocznicę śmierci Alfreda Nobla.
Polska może się pochwalić ośmiorgiem noblistów. Są to Maria Skłodowska-Curie (fizyka i chemia, 1903 i 1911), Henryk Sienkiewicz (literatura, 1905), Władysław Reymont (literatura, 1924), Czesław Miłosz (literatura, 1980), Lech Wałęsa (Pokojowa Nagroda Nobla, 1983), Józef Rotblat (Pokojowa Nagroda Nobla, 1995), Wisława Szymborska (literatura, 1996) i Olga Tokarczuk (literatura, 2018).
