2025年ノーベル物理学賞：ミクロからマクロまでの量子力学

1925 年、物理学者のハイゼンベルク、シュレーディンガー、ディラックが量子力学を発見しました。これは世界に大きな変化をもたらした驚くべき発見でした。

ちょうど100年後、2025年のノーベル物理学賞は、不思議な微視的量子効果である量子トンネル効果を巨視的世界にもたらし、多くの画期的な応用を開拓した3人のアメリカ人物理学者に授与されました。

量子力学が何世紀にもわたって存在し、常に新たな驚きをもたらしてきたことを称えられるのは素晴らしいことです。また、量子力学はあらゆるデジタル技術の基盤であるため、非常に有用でもあります。

オレ・エリクソン（ノーベル物理学賞委員会委員長、講演）

トンネル効果に関する画期的な発見。

ノーベル委員会の発表によると、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人のアメリカ人物理学者が、「電気回路における巨視的量子トンネル効果とエネルギー量子化の発見」により2025年のノーベル物理学賞を受賞した。

今年の賞は、1984年と1985年に彼らが超伝導回路に関して行った一連の実験に贈られるもので、この実験では「トンネル効果」、つまり量子力学でのみ起こり得る障壁を粒子が通過する現象が、これまで考えられていたよりもはるかに大きな規模で起こり得ることが実証された。

ジョン・クラーク教授は、1968年にケンブリッジ大学で博士号を取得し、1969年からカリフォルニア大学バークレー校の物理学教授を務めています。現在は同大学大学院の名誉教授です。

ミシェル・H・デヴォレ氏はパリ生まれで、同地で博士号を取得し、現在はイェール大学イェール量子研究所応用物理学の名誉教授です。

ジョン・M・マルティニス博士は、カリフォルニア大学バークレー校で博士号を取得しています。同大学で教鞭を執った後、直近ではGoogleの量子AIチームに所属していました。

1980年代半ば、デヴォレットは博士課程学生のマルティニスと共に、ポスドク研究員としてクラークの研究グループに加わり、マクロレベルでの量子トンネル効果の実証という課題に取り組みました。

実験では、3人の科学者は抵抗なく電流を流すことができる超伝導体を用いた電気回路を構築した。回路の特性を微調整し測定することで、結果として生じる現象を制御することに成功した。超伝導体中を移動する荷電粒子は、あたかも回路全体を満たす単一の粒子であるかのように振る舞うシステムを形成した。

この粒子のシステムは、最初は、通過できない障壁によってブロックされているかのように、電圧なしで電流が流れる状態にあります。

実験では、このシステムは量子トンネル効果によってこの状態から脱出することで量子特性を実証しました。3人の科学者はまた、このシステムが量子化されていること、つまり特定の量のエネルギーのみを吸収または放出することを証明しました。

この実験は、量子力学の理解に重要な意味を持つ。これまで、マクロレベルの量子力学効果は、レーザー、超伝導体、超流動体といった現象を生み出すために、多数のミクロな粒子が結合して作用すると考えられてきた。しかし、今年のノーベル賞を受賞した3人の物理学者による実験は、直接的なマクロ的な効果を生み出した。

この種のマクロな量子状態は、ミクロの世界を支配する現象を用いた実験に新たな可能性をもたらします。これは、他の量子系のシミュレーションや研究を支援するために用いられる、大規模な人工原子の一種と捉えることができます。

重要な応用の一つは、後にマルティニスが実現した量子コンピュータである。彼は、自身と二人のノーベル賞受賞者が実証したエネルギー量子化をまさに用い、量子化された状態を持つ回路を量子ビット（キュービット）として用い、最低エネルギー状態を0、最高エネルギー状態を1とした。

超伝導回路は、量子コンピュータの構築に向けて研究されている技術の一つです。マルティニス氏は2014年から2020年まで、Googleの量子コンピューティング研究グループの責任者を務めていました。

クラーク氏は、彼らの研究が携帯電話の発明といった技術革新への道を切り開くことに貢献したと述べた。ノーベル委員会はまた、「携帯電話、カメラ、光ファイバーなど、今日、量子力学に基づかない先進技術は存在しない」と断言した。

2025年のノーベル物理学賞は、40年前の量子力学における発見により、3人の科学者に授与されます。ユネスコが2025年を国際量子科学技術年に定めていることを考えると、この結果は予想外のことではありません。

ノーベル委員会は、「量子力学はあらゆるデジタル技術の基礎です。彼らの実験は量子原理に基づく新たな技術進歩の基礎を築きました」と述べました。

この3人の物理学者はトンネル効果を発見し、電気回路におけるエネルギーの飛躍を特定しました。トンネル効果はすぐに多くの化学反応を説明する中心的な概念となりました。

簡単に言えば、ハイヴァン峠を越えることを想像してください。反応物は通常、非常に高いエネルギーで「峠を登る」必要がありますが、時には「トンネルを抜けて」エネルギー障壁をより速く乗り越え、反応を開始します。

トンネル効果は大学レベルの化学反応速度論の教科書で教えられており、反応速度定数を計算する際には量子手法を用いてシミュレーションされます。物理学と化学は、ここでも奇跡的に絡み合っています。

グエン・ミン・トー教授- ベルギー、ルーヴェン大学名誉教授

トピックに戻る

グエン・チュン・ダン博士

出典: https://tuoitre.vn/nobel-vat-ly-2025-co-hoc-luong-tu-tu-vi-mo-den-vi-mo-20251007222830181.htm

トップインタレスト

ホーチミン市の若者の間で話題を呼んでいる高さ7メートルの松の木があるクリスマスエンターテイメントスポット

クリスマスに騒ぎを巻き起こす100メートルの路地には何があるのか？

フーコックで7日間にわたって行われたスーパーウェディングに圧倒されました

古代衣装パレード：百花繚乱