Giải Nobel Vật lý 2025: Khi 'thế giới lượng tử' trở nên hữu hình

De kwantumwereld werd lange tijd beschouwd als een "vreemde" ruimte, waar deeltjes obstakels kunnen doorbreken, in twee toestanden tegelijk kunnen bestaan en alle wetten van de menselijke intuïtie kunnen tarten. Het trio wetenschappers John Clarke, Michel H. Devoret en John M. Martinis heeft echter tastbaar gemaakt wat alleen in microscopische laboratoria leek te bestaan – in een elektrisch circuit dat met het blote oog zichtbaar is.

Op 7 oktober ontvingen drie wetenschappers (John Clarke, Michel H. Devoret en John M. Martinis) de Nobelprijs voor Natuurkunde 2025 voor "de ontdekking van kwantummechanische tunneleffecten op macroscopische schaal en de kwantificering van energie in elektrische circuits". Zij delen de prijs ter waarde van 11 miljoen Zweedse kronen (omgerekend 1,17 miljoen dollar).

De kwantummechanica beheerst de microscopische wereld van atomen en elektronen, waar elektronen energiebarrières kunnen ‘doordringen’ en alleen energie absorberen in vaste hoeveelheden, quanta genoemd.

Op macroscopisch niveau in de menselijke wereld lijken deze effecten te verdwijnen. Zo zou een bal, bestaande uit talloze atomen, nooit door een muur kunnen.

Uit nieuwsgierigheid begonnen drie wetenschappers, Clarke, Devoret en Martinis, in de jaren 80 aan de Universiteit van Californië te testen of kwantumwetten bestonden in een omvang die groot genoeg was om met het blote oog te kunnen worden waargenomen.

Om dit te testen, creëerden ze een Josephson-circuit, waarbij twee supergeleiders gescheiden worden door een ultradunne isolatielaag. In een normaal metaal botsen elektronen met het materiaal en met elkaar, maar in een supergeleider die is afgekoeld tot nabij het absolute nulpunt, vormen ze Cooperparen die gelijktijdig bewegen zonder weerstand en één kwantumgolffunctie delen.

Toen het team het circuit op nulspanning hield, had het volgens de klassieke natuurkunde stil moeten blijven staan. Het onderzoek toonde echter aan dat het circuit soms plotseling "ontsnapt" – niet door hitte, maar dankzij kwantumtunneling door de energiebarrière. Het was het eerste directe bewijs dat kwantumwetten nog steeds bestaan in de macroscopische wereld.

Toen ze het circuit vervolgens aan microgolven blootstelden, observeerden de drie wetenschappers scherpe resonantiepieken bij specifieke frequenties. Elke piek kwam overeen met de energiekloof tussen twee gekwantiseerde toestanden, wat erop duidde dat de energie van het circuit slechts discrete waarden kon aannemen. Met andere woorden: een apparaat bestaande uit miljarden elektronen gedroeg zich als één kwantumsysteem.

Vóór dit experiment waren de effecten van kwantumtunneling en energiekwantificering alleen waargenomen in atomen en subatomaire deeltjes.

Mevrouw Eva Olsson, lid van het Nobelcomité, beoordeelde het onderzoekswerk van de drie wetenschappers John Clarke, Michel H. Devoret en John M. Martinis als "het openen van de deur naar een andere wereld."

"Wanneer kwantumverschijnselen op macroscopisch niveau worden gebracht, kunnen we ze aanraken, controleren en observeren – dat opent de deur naar geheel nieuwe structuren en technologieën", zei ze.

De heer Olle Eriksson, voorzitter van het Nobelcomité voor Natuurkunde, noemde dit het bewijs dat de kwantummechanica buitengewoon nuttig is en de basis vormt van alle huidige digitale technologie.

De ontdekkingen van drie wetenschappers Clarke, Devoret en Martinis legden de basis voor quantumcomputers.

Eind jaren negentig ontwikkelden wetenschappers kwantumbits (qubits) – eenheden van kwantuminformatie – op basis van het energieprincipe dat door het baanbrekende trio was gedemonstreerd.

Dhr. Martinis paste deze methode later toe om de eerste supergeleidende quantumprocessor te creëren, waarbij qubits subtiel kunnen oscilleren tussen ‘0’ en ‘1’ in een geavanceerde quantumsuperpositie.

Volgens het Nobelcomité is de transistor in hedendaagse computermicrochips een voorbeeld van hoe de kwantummechanica de basis is geworden voor alledaagse technologie en de basis heeft gelegd voor de volgende generatie kwantumtechnologie, waaronder kwantumcryptografie, kwantumcomputers en kwantumsensoren.

(TTXVN/Vietnam+)

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