جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵: وقتی «دنیای کوانتومی» قابل مشاهده می‌شود

خانم اوا اولسون - یکی از اعضای کمیته نوبل - کار تحقیقاتی سه دانشمند جان کلارک، میشل اچ. دوورت و جان ام. مارتینیس را «گشایش دری به سوی جهانی دیگر» ارزیابی کرد.

برای مدت طولانی، دنیای کوانتومی به عنوان فضایی «عجیب» در نظر گرفته می‌شد، جایی که ذرات می‌توانند از موانع عبور کنند، همزمان در دو حالت وجود داشته باشند و تمام قوانین شهود انسانی را به چالش بکشند. با این حال، سه دانشمند جان کلارک، میشل اچ. دوورت و جان ام. مارتینیس چیزی را که به نظر می‌رسید فقط در آزمایشگاه‌های میکروسکوپی وجود دارد، ملموس کرده‌اند - درست در یک مدار الکتریکی که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است.

در ۷ اکتبر، سه دانشمند (جان کلارک، میشل اچ. دوورت و جان ام. مارتینیس) به دلیل «کشف اثرات تونل‌زنی کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی و کوانتیزاسیون انرژی در مدارهای الکتریکی» جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵ را دریافت کردند. آنها این جایزه به ارزش ۱۱ میلیون کرون سوئد (معادل ۱.۱۷ میلیون دلار آمریکا) را با یکدیگر تقسیم خواهند کرد.

مکانیک کوانتومی بر دنیای میکروسکوپی اتم‌ها و الکترون‌ها حاکم است - جایی که الکترون‌ها می‌توانند از موانع انرژی «نفوذ» کنند و فقط انرژی را در مقادیر ثابتی به نام کوانتا جذب کنند.

در سطح ماکروسکوپی دنیای انسانی، به نظر می‌رسد این اثرات ناپدید می‌شوند. برای مثال، یک توپ که از اتم‌های بی‌شماری ساخته شده است، هرگز نمی‌تواند از دیوار عبور کند.

در دهه ۱۹۸۰، سه دانشمند به نام‌های کلارک، دوورت و مارتینیس در دانشگاه کالیفرنیا، با کنجکاوی در این مورد، آزمایش‌هایی را آغاز کردند تا ببینند آیا قوانین کوانتومی در اندازه‌ای به اندازه کافی بزرگ که با چشم غیرمسلح دیده شود، وجود دارند یا خیر.

برای آزمایش این موضوع، آنها یک مدار جوزفسون ایجاد کردند - جایی که دو ابررسانا توسط یک لایه عایق فوق نازک از هم جدا شده‌اند. در یک فلز معمولی، الکترون‌ها با ماده و با یکدیگر برخورد می‌کنند، اما در یک ابررسانا که نزدیک به صفر مطلق سرد شده است، آنها جفت‌های کوپری تشکیل می‌دهند که بدون هیچ مقاومتی به طور هماهنگ حرکت می‌کنند و یک تابع موج کوانتومی واحد را به اشتراک می‌گذارند.

طبق فیزیک کلاسیک، وقتی تیم مدار را در ولتاژ صفر نگه داشت، مدار باید ثابت می‌ماند. با این حال، تحقیقات نشان داد که مدار گاهی اوقات ناگهان "فرار می‌کند" - نه به دلیل گرما، بلکه به لطف تونل‌زنی کوانتومی از میان سد انرژی. این اولین مدرک مستقیم بود که نشان می‌داد قوانین کوانتومی هنوز در دنیای ماکروسکوپی وجود دارند.

در مرحله بعد، وقتی مدار را در معرض مایکروویو قرار دادند، سه دانشمند پیک‌های رزونانس تیزی را در فرکانس‌های خاص مشاهده کردند. هر پیک مربوط به شکاف انرژی بین دو حالت کوانتیزه بود، که نشان می‌دهد انرژی مدار فقط می‌تواند مقادیر گسسته را بپذیرد. به عبارت دیگر، دستگاهی که از میلیاردها الکترون ساخته شده است، مانند یک سیستم کوانتومی واحد رفتار می‌کرد.

قبل از این آزمایش، اثرات تونل‌زنی کوانتومی و کوانتیزاسیون انرژی فقط در اتم‌ها و ذرات زیراتمی مشاهده شده بود.

خانم اوا اولسون - یکی از اعضای کمیته نوبل - کار تحقیقاتی سه دانشمند جان کلارک، میشل اچ. دوورت و جان ام. مارتینیس را «گشایش دری به سوی جهانی دیگر» ارزیابی کرد.

او گفت: «وقتی پدیده‌های کوانتومی به مقیاس ماکروسکوپی آورده می‌شوند، می‌توانیم آنها را لمس، کنترل و مشاهده کنیم - این امر دری را به سوی ساختارها و فناوری‌های کاملاً جدید می‌گشاید.»

در همین حال، آقای اوله اریکسون - رئیس کمیته نوبل فیزیک - این را مدرکی دانست که نشان می‌دهد مکانیک کوانتومی بسیار مفید است و پایه و اساس تمام فناوری‌های دیجیتال فعلی است.

اکتشافات سه دانشمند کلارک، دوورت و مارتینیس، پایه و اساس کامپیوترهای کوانتومی را بنا نهاد.

در اواخر دهه ۱۹۹۰، دانشمندان بر اساس اصل انرژی که توسط این سه نفر پیشگام نشان داده شده بود، در حال توسعه بیت‌های کوانتومی (کیوبیت‌ها) - واحدهای اطلاعات کوانتومی - بودند.

آقای مارتینیس بعداً از این روش برای ایجاد اولین پردازنده کوانتومی ابررسانا استفاده کرد، که در آن کیوبیت‌ها می‌توانند در یک برهم‌نهی کوانتومی پیچیده، به طور ظریفی بین «0» و «1» نوسان کنند.

به گفته کمیته نوبل، ترانزیستور موجود در ریزتراشه‌های رایانه‌ای امروزی نمونه‌ای از چگونگی تبدیل مکانیک کوانتومی به پایه و اساس فناوری روزمره است و پایه و اساس نسل بعدی فناوری کوانتومی، از جمله رمزنگاری کوانتومی، رایانه‌های کوانتومی و حسگرهای کوانتومی را بنا می‌نهد.

(TTXVN/ویتنام+)

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