Prêmio Nobel de Física 2025: Mecânica Quântica do Micro ao Macro

Exatamente 100 anos após a descoberta da mecânica quântica, o Prêmio Nobel de Física de 2025 homenageou três cientistas americanos que demonstraram que efeitos quânticos estranhos podem ocorrer em grande escala, abrindo uma nova era para a tecnologia quântica.

Os cientistas John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis foram anunciados como vencedores do Prêmio Nobel de Física deste ano pela Real Academia Sueca de Ciências, em uma coletiva de imprensa em Estocolmo, Suécia, em 7 de outubro - Foto: REUTERS

Em 1925, os físicos Heisenberg, Schrödinger e Dirac descobriram a mecânica quântica, uma descoberta estranha que mudaria o mundo .

Exatamente 100 anos depois, o Prêmio Nobel de Física de 2025 foi concedido a três físicos americanos que trouxeram o efeito de tunelamento quântico - um estranho efeito quântico microscópico - para o mundo macroscópico, abrindo muitas aplicações inovadoras.

É ótimo poder celebrar a forma como a mecânica quântica centenária continua trazendo novas surpresas. Também é incrivelmente útil, porque a mecânica quântica é a base de toda a tecnologia digital .

Olle Eriksson (Presidente do Comitê Nobel de Física, discurso)

Descoberta revolucionária do efeito de tunelamento

Três físicos americanos, John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis, receberam o Prêmio Nobel de Física de 2025 pela "descoberta dos efeitos macroscópicos de tunelamento quântico e quantização de energia em circuitos elétricos", de acordo com o anúncio do Comitê Nobel.

O prêmio deste ano homenageia uma série de experimentos conduzidos em 1984 e 1985 em circuitos supercondutores, demonstrando que o "tunelamento" — o fenômeno de partículas passando por barreiras que só pode ocorrer na mecânica quântica — pode ocorrer em escalas muito maiores do que se acreditava anteriormente.

O professor John Clarke, que recebeu seu doutorado pela Universidade de Cambridge em 1968, é professor de Física na Universidade da Califórnia, Berkeley, desde 1969. Atualmente, ele é professor emérito da Escola de Pós-Graduação da universidade.

Michel H. Devoret, nascido em Paris e doutorando lá, é professor emérito de física aplicada no Instituto Quântico de Yale da Universidade de Yale.

John M. Martinis é doutor pela Universidade da Califórnia, Berkeley. Após lecionar na universidade, trabalhou recentemente com o grupo de IA quântica do Google.

Em meados da década de 1980, o Sr. Devoret juntou-se ao grupo de pesquisa do Sr. Clarke como pesquisador de pós-doutorado, juntamente com seu aluno de doutorado, Martinis. Juntos, eles assumiram o desafio de demonstrar o efeito de tunelamento quântico em nível macroscópico.

Em seus experimentos, os três cientistas construíram circuitos a partir de supercondutores que podiam conduzir corrente elétrica sem resistência. Ajustando e medindo as propriedades do circuito, eles conseguiram controlar os fenômenos que ocorriam. Partículas carregadas que se moviam através do supercondutor formavam um sistema que se comportava como se fossem uma única partícula preenchendo todo o circuito.

Este sistema de partículas está inicialmente em um estado onde a corrente flui sem voltagem, como se estivesse bloqueado por uma barreira intransponível.

No experimento, o sistema demonstrou propriedades quânticas ao escapar desse estado através do efeito de tunelamento quântico. Os três cientistas também demonstraram que o sistema era quantizado, ou seja, absorvia ou emitia apenas quantidades específicas de energia.

Ilustração do efeito de tunelamento da mecânica quântica: jogue uma bola em uma parede e ela ricocheteia. Mas jogue uma partícula microscópica e ela atravessa a parede. Esse efeito geralmente diminui para um grupo grande de partículas, e é por isso que nunca vemos alguém atravessando uma parede no dia a dia. Foto: JOHAN JARNESTAD/Academia Sueca de Ciências

Abrindo caminho para a tecnologia quântica

O experimento tem consequências importantes para a compreensão da mecânica quântica. Anteriormente, os efeitos macroscópicos da mecânica quântica envolviam a combinação de muitas partículas microscópicas para produzir fenômenos como lasers, supercondutores e superfluidos. No entanto, os experimentos dos três físicos ganhadores do Prêmio Nobel deste ano produziram um efeito macroscópico direto.

Esse tipo de estado quântico macroscópico abre novas possibilidades para experimentos que exploram fenômenos que governam o mundo microscópico. Pode ser considerado uma espécie de átomo artificial em larga escala, usado para simular e auxiliar no estudo de outros sistemas quânticos.

Uma aplicação importante foi o computador quântico que Martinis implementou posteriormente. Ele utilizou exatamente a quantização de energia que ele e seus dois colegas laureados com o Nobel haviam demonstrado, utilizando circuitos com estados quantizados como bits quânticos ou qubits, sendo o estado de menor energia 0 e o de maior energia 1.

Circuitos supercondutores são uma das técnicas que estão sendo exploradas na tentativa de construir computadores quânticos. Martinis foi chefe do grupo de pesquisa em computação quântica do Google de 2014 a 2020.

O Sr. Clarke afirmou que a pesquisa ajudou a abrir caminho para avanços tecnológicos, como o surgimento dos celulares. O Comitê Nobel também afirmou: "Não há tecnologia avançada hoje que não seja baseada na mecânica quântica, incluindo: celulares, câmeras... e cabos de fibra óptica".

Quando a física e a química se encontram no "túnel" quântico

O Prêmio Nobel de Física de 2025 foi concedido a três cientistas por suas descobertas em mecânica quântica há 40 anos. O resultado não é tão surpreendente, já que a UNESCO escolheu 2025 como o Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica.

O Comitê Nobel declarou: "A mecânica quântica é a base de toda a tecnologia digital... Seus experimentos lançaram as bases para novos avanços tecnológicos baseados em princípios quânticos".

Esses três físicos descobriram o efeito de tunelamento e determinaram os saltos de energia em circuitos elétricos. O efeito de tunelamento logo se tornou um conceito central na explicação de muitas reações químicas.

Pode ser simplesmente imaginado como quando passamos pelo Passo Hai Van: os reagentes muitas vezes precisam "escalar o passo" com energia muito alta, mas às vezes eles "passam pelo túnel", superando a barreira de energia mais rápido para criar uma reação.

O tunelamento é ensinado em nível universitário em livros didáticos de cinética química e é modelado usando métodos quânticos no cálculo de constantes de velocidade de reação. Física e química, mais uma vez, se misturam maravilhosamente.

Prof. Nguyen Minh Tho - Professor Honorário da Universidade KU Leuven, Bélgica

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DR. NGUYEN TRUNG DAN

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