Nobelova cena za fyziku 2025: Až se „kvantový svět“ stane viditelným

Kvantový svět byl dlouho považován za „zvláštní“ prostor, kde částice mohou pronikat překážkami, existovat ve dvou stavech současně a vzdorovat všem zákonům lidské intuice. Trojice vědců John Clarke, Michel H. Devoret a John M. Martinis však dokázala zhmotnit to, co se zdálo existovat pouze v mikroskopických laboratořích – přímo v elektrickém obvodu, který lze vidět pouhým okem.

7. října byla třem vědcům (Johnu Clarkovi, Michelu H. Devoretovi a Johnu M. Martinisovi) udělena Nobelova cena za fyziku za rok 2025 za „objev kvantově mechanických tunelovacích efektů v makroskopickém měřítku a kvantování energie v elektrických obvodech“. Rozdělí si cenu v hodnotě 11 milionů švédských korun (ekvivalent 1,17 milionu USD).

Kvantová mechanika řídí mikroskopický svět atomů a elektronů – kde elektrony mohou „pronikat“ energetickými bariérami a absorbovat energii pouze v omezeném množství zvaném kvanta.

Na makroskopické úrovni lidského světa se tyto jevy zdají mizet. Například koule složená z nespočtu atomů by nikdy nemohla projít zdí.

Zvědaví na tuto skutečnost začali v 80. letech 20. století na Kalifornské univerzitě tři vědci Clarke, Devoret a Martinis testovat, zda kvantové zákony existují v rozsahu dostatečně velkém, aby byly viditelné pouhým okem.

Aby to otestovali, vytvořili Josephsonův obvod – kde jsou dva supravodiče odděleny ultratenkou izolační vrstvou. V normálním kovu se elektrony srážejí s materiálem a mezi sebou navzájem, ale v supravodiči ochlazeném blízko absolutní nuly tvoří Cooperovy páry, které se pohybují unisono bez odporu a sdílejí jednu kvantovou vlnovou funkci.

Když tým udržoval obvod na nulovém napětí, měl by podle klasické fyziky zůstat v klidu. Výzkum však ukázal, že obvod někdy náhle „unikne“ – ne kvůli teplu, ale díky kvantovému tunelování skrz energetickou bariéru. Byl to první přímý důkaz, že kvantové zákony stále existují v makroskopickém světě.

Když poté vystavili obvod mikrovlnami, tři vědci pozorovali ostré rezonanční vrcholy na specifických frekvencích. Každý vrchol odpovídal energetické mezeře mezi dvěma kvantovanými stavy, což naznačovalo, že energie obvodu mohla nabývat pouze diskrétních hodnot. Jinými slovy, zařízení složené z miliard elektronů se chovalo jako jediný kvantový systém.

Před tímto experimentem byly efekty kvantového tunelování a kvantizace energie pozorovány pouze u atomů a subatomárních částic.

Paní Eva Olssonová – členka Nobelova výboru – zhodnotila výzkumnou práci trojice vědců Johna Clarka, Michela H. Devoreta a Johna M. Martinise jako „otevírající dveře do jiného světa“.

„Když se kvantové jevy přenesou do makroskopického měřítka, můžeme se jich dotýkat, ovládat je a pozorovat – to otevírá dveře ke zcela novým strukturám a technologiím,“ řekla.

Mezitím pan Olle Eriksson - předseda Nobelova výboru pro fyziku - označil tento fakt za důkaz, že kvantová mechanika je mimořádně užitečná a je základem veškeré současné digitální technologie.

Objevy tří vědců Clarka, Devoreta a Martinise položily základy kvantových počítačů.

Koncem 90. let 20. století vědci vyvíjeli kvantové bity (qubity) – jednotky kvantové informace – založené na energetickém principu, který demonstrovalo toto průkopnické trio.

Pan Martinis později použil tuto metodu k vytvoření prvního supravodivého kvantového procesoru, kde qubity mohou jemně oscilovat mezi „0“ a „1“ v sofistikované kvantové superpozici.

Podle Nobelova výboru je tranzistor v dnešních počítačových mikročipech příkladem toho, jak se kvantová mechanika stala základem každodenní technologie a položila základy pro další generaci kvantové technologie, včetně kvantové kryptografie, kvantových počítačů a kvantových senzorů.

(TTXVN/Vietnam+)

Zdroj: https://www.vietnamplus.vn/giai-nobel-physics-2025-khi-the-gioi-luong-tu-tro-nen-huu-hinh-post1068919.vnp