Fizikai Nobel-díj 2025: Amikor a „kvantumvilág” láthatóvá válik

Eva Olsson, a Nobel-bizottság tagja, a John Clarke, Michel H. Devoret és John M. Martinis tudóstrió kutatómunkáját úgy értékelte, mint ami „megnyitotta az ajtót egy másik világra”.

A kvantumvilágot sokáig „furcsa” térnek tekintették, ahol a részecskék áthatolhatnak az akadályokon, egyszerre két állapotban létezhetnek, és dacolhatnak az emberi intuíció minden törvényével. John Clarke, Michel H. Devoret és John M. Martinis tudóstrió azonban kézzelfoghatóvá tette azt, ami látszólag csak mikroszkopikus laboratóriumokban létezik – közvetlenül egy szabad szemmel látható elektromos áramkörben.

Október 7-én három tudós (John Clarke, Michel H. Devoret és John M. Martinis) kapta a 2025-ös fizikai Nobel-díjat „a makroszkopikus szintű kvantummechanikai alagúteffektusok felfedezéséért és az elektromos áramkörökben lévő energia kvantálásáért”. Megosztják a 11 millió svéd korona (ami 1,17 millió USD-nek felel meg) értékű díjat.

A kvantummechanika az atomok és elektronok mikroszkopikus világát irányítja – ahol az elektronok „áthatolhatnak” az energiagátakon, és csak fix mennyiségű, kvantumnak nevezett energiát nyelnek el.

Az emberi világ makroszkopikus szintjén ezek a hatások látszólag eltűnnek. Például egy számtalan atomból álló labda soha nem tudna átjutni egy falon.

Kíváncsivá válva erre, az 1980-as években a Kaliforniai Egyetemen három tudós, Clarke, Devoret és Martinis elkezdte vizsgálni, hogy léteznek-e a kvantumtörvények olyan nagy méretben, hogy szabad szemmel is láthatók legyenek.

Ennek tesztelésére létrehoztak egy Josephson-áramkört, ahol két szupravezetőt egy ultravékony szigetelőréteg választ el egymástól. Egy normál fémben az elektronok ütköznek az anyaggal és egymással, de egy abszolút nulla fok közelébe hűtött szupravezetőben Cooper-párokat alkotnak, amelyek ellenállás nélkül, összhangban mozognak, és egyetlen kvantumhullám-függvényt osztanak meg.

Amikor a csapat nulla feszültségen tartotta az áramkört, a klasszikus fizika szerint az áramkörnek mozdulatlanul kellett volna maradnia. A kutatás azonban kimutatta, hogy az áramkör néha hirtelen „megszökik” – nem hő hatására, hanem az energiagáton keresztüli kvantum-alagúthatásnak köszönhetően. Ez volt az első közvetlen bizonyíték arra, hogy a kvantumtörvények továbbra is léteznek a makroszkopikus világban.

Ezután, amikor mikrohullámoknak tették ki az áramkört, a három tudós éles rezonanciacsúcsokat figyelt meg meghatározott frekvenciákon. Minden csúcs két kvantált állapot közötti energiarésnek felelt meg, ami azt jelzi, hogy az áramkör energiája csak diszkrét értékeket vehet fel. Más szóval, egy több milliárd elektronból álló eszköz egyetlen kvantumrendszerként viselkedett.

Ezt a kísérletet megelőzően a kvantumalagút-effektust és az energiakvantációs hatásokat csak atomokban és szubatomi részecskékben figyelték meg.

Eva Olsson, a Nobel-bizottság tagja, a John Clarke, Michel H. Devoret és John M. Martinis tudóstrió kutatómunkáját úgy értékelte, mint ami „megnyitotta az ajtót egy másik világra”.

„Amikor a kvantumjelenségeket makroszkopikus léptékre emeljük, megérinthetjük, irányíthatjuk és megfigyelhetjük őket – ez teljesen új struktúrák és technológiák előtt nyitja meg az utat” – mondta.

Eközben Olle Eriksson úr, a Fizikai Nobel-bizottság elnöke, ezt a bizonyítékot arra utalónak nevezte, hogy a kvantummechanika rendkívül hasznos, és minden jelenlegi digitális technológia alapja.

Három tudós, Clarke, Devoret és Martinis felfedezései megalapozták a kvantumszámítógépeket.

Az 1990-es évek végére a tudósok kvantumbiteket (qubiteket) – a kvantuminformáció egységeit – fejlesztettek ki az úttörő trió által bemutatott energiaelv alapján.

Mr. Martinis később ezt a módszert alkalmazta az első szupravezető kvantumprocesszor létrehozására, ahol a qubitek finoman oszcillálhatnak „0” és „1” között egy kifinomult kvantum-szuperpozícióban.

A Nobel-bizottság szerint a mai számítógépes mikrochipekben található tranzisztor példa arra, hogyan vált a kvantummechanika a mindennapi technológia alapjává, lerakva a következő generációs kvantumtechnológia alapjait, beleértve a kvantumkriptográfiát, a kvantumszámítógépeket és a kvantumérzékelőket.

(TTXVN/Vietnam+)

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