Nobelprisen i fysikk 2025: Når «kvanteverdenen» blir synlig

Kvanteverdenen har lenge blitt ansett som et «merkelig» rom, hvor partikler kan trenge gjennom hindringer, eksistere i to tilstander samtidig og trosse alle lover for menneskelig intuisjon. Imidlertid har trioen av forskerne John Clarke, Michel H. Devoret og John M. Martinis gjort det som bare så ut til å eksistere i mikroskopiske laboratorier, til håndgripelig – rett i en elektrisk krets som kan sees med det blotte øye.

Den 7. oktober ble tre forskere (John Clarke, Michel H. Devoret og John M. Martinis) tildelt Nobelprisen i fysikk for 2025 for «oppdagelsen av kvantemekaniske tunneleffekter på makroskopisk skala og kvantiseringen av energi i elektriske kretser». De deler prisen på 11 millioner svenske kroner (tilsvarende 1,17 millioner USD).

Kvantemekanikk styrer den mikroskopiske verdenen til atomer og elektroner – der elektroner kan «trenge gjennom» energibarrierer og bare absorbere energi i faste mengder kalt kvanta.

På det makroskopiske nivået av den menneskelige verden ser disse effektene ut til å forsvinne. For eksempel kunne en ball, laget av utallige atomer, aldri passere gjennom en vegg.

Nysgjerrige på dette begynte tre forskere ved University of California på 1980-tallet, Clarke, Devoret og Martinis, å teste om kvantelover eksisterte i en størrelse som var stor nok til å kunne sees med det blotte øye.

For å teste dette laget de en Josephson-krets – der to superledere er atskilt av et ultratynt isolerende lag. I et normalt metall kolliderer elektroner med materialet og med hverandre, men i en superleder som er avkjølt nær det absolutte nullpunkt, danner de Cooper-par som beveger seg i harmoni uten motstand og deler en enkelt kvantebølgefunksjon.

Da teamet holdt kretsen på null spenning, burde kretsen ifølge klassisk fysikk ha forblitt stille. Forskningen viste imidlertid at kretsen noen ganger plutselig «rømmer» – ikke på grunn av varme, men takket være kvantetunnelering gjennom energibarrieren. Det var det første direkte beviset på at kvantelover fortsatt eksisterer i den makroskopiske verden.

Deretter, da de eksponerte kretsen for mikrobølger, observerte de tre forskerne skarpe resonanstopper ved spesifikke frekvenser. Hver topp tilsvarte energigapet mellom to kvantiserte tilstander, noe som indikerte at kretsens energi bare kunne anta diskrete verdier. Med andre ord oppførte en enhet bestående av milliarder av elektroner seg som et enkelt kvantesystem.

Før dette eksperimentet hadde kvantetunneling og energikvantiseringseffekter bare blitt observert i atomer og subatomære partikler.

Fru Eva Olsson – medlem av Nobelkomiteen – vurderte forskningsarbeidet til trioen John Clarke, Michel H. Devoret og John M. Martinis som «åpner døren til en annen verden».

«Når kvantefenomener bringes til makroskopisk skala, kan vi berøre, kontrollere og observere dem – det åpner døren for helt nye strukturer og teknologier», sa hun.

I mellomtiden kalte Olle Eriksson – leder av Nobelkomiteen i fysikk – dette et bevis på at kvantemekanikk er ekstremt nyttig og grunnlaget for all nåværende digital teknologi.

Oppdagelsene til tre forskerne Clarke, Devoret og Martinis la grunnlaget for kvantedatamaskiner.

På slutten av 1990-tallet utviklet forskere kvantebiter (qubits) – enheter med kvanteinformasjon – basert på energiprinsippet demonstrert av den pionertrioen.

Martinis brukte senere denne metoden til å lage den første superledende kvanteprosessoren, der qubits kan oscillere delikat mellom «0» og «1» i en sofistikert kvantesuperposisjon.

Ifølge Nobelkomiteen er transistoren i dagens datamikrobrikker et eksempel på hvordan kvantemekanikk har blitt grunnlaget for hverdagsteknologi, og lagt grunnlaget for neste generasjon kvanteteknologi, inkludert kvantekryptografi, kvantedatamaskiner og kvantesensorer.

(TTXVN/Vietnam+)

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