Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2025: Όταν ο «κβαντικός κόσμος» γίνει ορατός

Για πολύ καιρό, ο κβαντικός κόσμος θεωρούνταν ένας «παράξενος» χώρος, όπου τα σωματίδια μπορούν να διαπεράσουν εμπόδια, να υπάρχουν σε δύο καταστάσεις ταυτόχρονα και να αψηφούν όλους τους νόμους της ανθρώπινης διαίσθησης. Ωστόσο, η τριάδα των επιστημόνων John Clarke, Michel H. Devoret και John M. Martinis έκανε αυτό που φαινόταν να υπάρχει μόνο σε μικροσκοπικά εργαστήρια να γίνει απτό - ακριβώς μέσα σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που μπορεί να φανεί με γυμνό μάτι.

Στις 7 Οκτωβρίου, τρεις επιστήμονες (ο John Clarke, ο Michel H. Devoret και ο John M. Martinis) τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσικής 2025 για την «ανακάλυψη των κβαντομηχανικών φαινομένων σήραγγας σε μακροσκοπική κλίμακα και την κβάντωση της ενέργειας σε ηλεκτρικά κυκλώματα». Θα μοιραστούν το βραβείο αξίας 11 εκατομμυρίων σουηδικών κορωνών (που ισοδυναμεί με 1,17 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ).

Η κβαντομηχανική διέπει τον μικροσκοπικό κόσμο των ατόμων και των ηλεκτρονίων - όπου τα ηλεκτρόνια μπορούν να «διεισδύσουν» ενεργειακά φράγματα και να απορροφήσουν ενέργεια μόνο σε σταθερές ποσότητες που ονομάζονται κβάντα.

Στο μακροσκοπικό επίπεδο του ανθρώπινου κόσμου, αυτά τα φαινόμενα φαίνεται να εξαφανίζονται. Για παράδειγμα, μια μπάλα, φτιαγμένη από αμέτρητα άτομα, δεν θα μπορούσε ποτέ να περάσει μέσα από έναν τοίχο.

Από περιέργεια γι' αυτό, τη δεκαετία του 1980, στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, τρεις επιστήμονες, οι Clarke, Devoret και Martinis, άρχισαν να εξετάζουν εάν οι κβαντικοί νόμοι υπήρχαν σε μέγεθος αρκετά μεγάλο ώστε να είναι ορατοί με γυμνό μάτι.

Για να το δοκιμάσουν αυτό, δημιούργησαν ένα κύκλωμα Josephson—όπου δύο υπεραγωγοί χωρίζονται από ένα εξαιρετικά λεπτό μονωτικό στρώμα. Σε ένα κανονικό μέταλλο, τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με το υλικό και μεταξύ τους, αλλά σε έναν υπεραγωγό που ψύχεται κοντά στο απόλυτο μηδέν, σχηματίζουν ζεύγη Cooper που κινούνται ομόφωνα χωρίς αντίσταση και μοιράζονται μια ενιαία κβαντική κυματοσυνάρτηση.

Όταν η ομάδα διατήρησε το κύκλωμα σε μηδενική τάση, σύμφωνα με την κλασική φυσική, το κύκλωμα θα έπρεπε να είχε παραμείνει ακίνητο. Ωστόσο, η έρευνα έδειξε ότι το κύκλωμα μερικές φορές ξαφνικά «διαφεύγει» – όχι λόγω θερμότητας, αλλά χάρη στην κβαντική διάνοιξη μέσω του ενεργειακού φράγματος. Ήταν η πρώτη άμεση απόδειξη ότι οι κβαντικοί νόμοι εξακολουθούν να υπάρχουν στον μακροσκοπικό κόσμο.

Στη συνέχεια, όταν εξέθεσαν το κύκλωμα σε μικροκύματα, οι τρεις επιστήμονες παρατήρησαν αιχμηρές κορυφές συντονισμού σε συγκεκριμένες συχνότητες. Κάθε κορυφή αντιστοιχούσε στο ενεργειακό χάσμα μεταξύ δύο κβαντισμένων καταστάσεων, υποδεικνύοντας ότι η ενέργεια του κυκλώματος μπορούσε να λάβει μόνο διακριτές τιμές. Με άλλα λόγια, μια συσκευή που αποτελείται από δισεκατομμύρια ηλεκτρόνια συμπεριφερόταν ως ένα ενιαίο κβαντικό σύστημα.

Πριν από αυτό το πείραμα, τα φαινόμενα κβαντικής σήραγγας και κβάντωσης ενέργειας είχαν παρατηρηθεί μόνο σε άτομα και υποατομικά σωματίδια.

Η κα Eva Olsson - μέλος της Επιτροπής Νόμπελ - αξιολόγησε το ερευνητικό έργο της τριάδας επιστημόνων John Clarke, Michel H. Devoret και John M. Martinis ως «άνοιγμα της πόρτας σε έναν άλλο κόσμο».

«Όταν τα κβαντικά φαινόμενα φέρονται σε μακροσκοπική κλίμακα, μπορούμε να τα αγγίξουμε, να τα ελέγξουμε και να τα παρατηρήσουμε - αυτό ανοίγει την πόρτα σε εντελώς νέες δομές και τεχνολογίες», είπε.

Εν τω μεταξύ, ο κ. Όλε Έρικσον - Πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ Φυσικής - χαρακτήρισε αυτό απόδειξη ότι η κβαντομηχανική είναι εξαιρετικά χρήσιμη και αποτελεί το θεμέλιο όλης της τρέχουσας ψηφιακής τεχνολογίας.

Οι ανακαλύψεις τριών επιστημόνων, των Κλαρκ, Ντεβόρετ και Μαρτίνις, έθεσαν τα θεμέλια για τους κβαντικούς υπολογιστές.

Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1990, οι επιστήμονες ανέπτυσσαν κβαντικά bits (qubits) - μονάδες κβαντικής πληροφορίας - με βάση την ενεργειακή αρχή που επέδειξε το πρωτοποριακό τρίο.

Ο κ. Μαρτίνις εφάρμοσε αργότερα αυτή τη μέθοδο για να δημιουργήσει τον πρώτο υπεραγώγιμο κβαντικό επεξεργαστή, όπου τα qubits μπορούν να ταλαντώνονται απαλά μεταξύ "0" και "1" σε μια εξελιγμένη κβαντική υπέρθεση.

Σύμφωνα με την Επιτροπή Νόμπελ, το τρανζίστορ στα σημερινά μικροτσίπ υπολογιστών αποτελεί παράδειγμα του πώς η κβαντομηχανική έχει γίνει η βάση για την καθημερινή τεχνολογία, θέτοντας τα θεμέλια για την επόμενη γενιά κβαντικής τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένης της κβαντικής κρυπτογραφίας, των κβαντικών υπολογιστών και των κβαντικών αισθητήρων.

(TTXVN/Βιετνάμ+)

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