2025年ノーベル物理学賞：「量子の世界」が可視化される時

量子の世界は長らく「奇妙な」空間と考えられてきました。粒子が障害物を貫通し、同時に2つの状態を存在させ、人間の直感の法則を全て無視する世界です。しかし、ジョン・クラーク、ミシェル・H・デヴォレ、ジョン・M・マルティニスの3人の科学者は、これまで顕微鏡レベルの実験室でしか実現できないと思われていたものを、肉眼で見える電気回路という形で実体化しました。

10月7日、3名の科学者（ジョン・クラーク、ミシェル・H・デヴォレ、ジョン・M・マルティニス）が、「マクロスケールにおける量子力学的トンネル効果の発見と電気回路におけるエネルギーの量子化」により、2025年のノーベル物理学賞を受賞しました。3名は、1100万スウェーデン・クローナ（約1億1700万米ドル相当）の賞金を共同で授与されます。

量子力学は、原子と電子のミクロの世界を支配します。そこでは、電子はエネルギー障壁を「貫通」し、量子と呼ばれる一定量のエネルギーのみを吸収します。

人間界のマクロレベルでは、これらの効果は消え去るように見える。例えば、無数の原子でできたボールは、壁を通り抜けることは決してできない。

これに興味を持った3人の科学者、クラーク、デボレット、マルティニスは、1980年代にカリフォルニア大学で、肉眼で見えるほどの大きさで量子法則が存在するかどうかのテストを始めました。

これを検証するために、研究チームはジョセフソン回路を作製した。これは、2つの超伝導体が極薄の絶縁層で隔てられている回路である。通常の金属では電子は金属と衝突し、また互いに衝突するが、絶対零度近くまで冷却された超伝導体では、電子はクーパー対を形成し、抵抗なく一斉に運動し、単一の量子波動関数を共有する。

研究チームが回路をゼロ電圧に保った場合、古典物理学によれば回路は静止しているはずでした。しかし、研究の結果、回路は時々突然「逃走」することが示されました。これは熱によるものではなく、エネルギー障壁を越える量子トンネル効果によるものです。これは、量子法則がマクロな世界においても依然として存在することを示す、初めての直接的な証拠となりました。

次に、この回路にマイクロ波を照射したところ、3人の科学者は特定の周波数で鋭い共鳴ピークを観測しました。それぞれのピークは2つの量子状態間のエネルギーギャップに対応しており、回路のエネルギーが離散的な値しか取れないことを示していました。言い換えれば、数十億個の電子で構成されたデバイスが、単一の量子系として動作していたのです。

この実験以前は、量子トンネル効果とエネルギー量子化効果は原子と原子素粒子でのみ観測されていました。

ノーベル委員会の委員であるエヴァ・オルソン氏は、ジョン・クラーク、ミシェル・H・デボレ、ジョン・M・マルティニスの3人の科学者の研究成果を「別の世界への扉を開くもの」と評価した。

「量子現象をマクロスケールにまで持ち込むと、私たちはそれに触れ、制御し、観察することができるようになります。それは全く新しい構造と技術への扉を開くのです」と彼女は語った。

一方、ノーベル物理学賞委員会のオーレ・エリクソン委員長は、この証明は量子力学が極めて有用であり、現在のあらゆるデジタル技術の基礎となっていることを証明していると述べた。

クラーク、デボレット、マルティニスの3人の科学者による発見が量子コンピュータの基礎を築きました。

1990 年代後半までに、科学者たちは先駆的な 3 人によって実証されたエネルギー原理に基づいて、量子情報の単位である量子ビット (キュービット) を開発していました。

マルティニス氏は後にこの手法を応用し、高度な量子重ね合わせによって量子ビットが「0」と「1」の間を繊細に振動できる初の超伝導量子プロセッサを開発しました。

ノーベル委員会によれば、今日のコンピュータマイクロチップに使用されているトランジスタは、量子力学が日常の技術の基礎となり、量子暗号、量子コンピュータ、量子センサーなどの次世代の量子技術の基礎を築いた例である。

（TTXVN/ベトナム+）

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