Premiul Nobel pentru Fizică 2025: Când „lumea cuantică” devine vizibilă

Multă vreme, lumea cuantică a fost considerată un spațiu „ciudat”, unde particulele pot străpunge obstacole, pot exista în două stări simultan și pot sfida toate legile intuiției umane. Cu toate acestea, trioul de oameni de știință John Clarke, Michel H. Devoret și John M. Martinis a făcut ca ceea ce părea să existe doar în laboratoarele microscopice să devină tangibil - chiar într-un circuit electric care poate fi văzut cu ochiul liber.

Pe 7 octombrie, trei oameni de știință (John Clarke, Michel H. Devoret și John M. Martinis) au primit Premiul Nobel pentru Fizică pe 2025 pentru „descoperirea efectelor de tunelare mecanică cuantică la scară macroscopică și cuantizarea energiei în circuitele electrice”. Aceștia vor împărți premiul în valoare de 11 milioane de coroane suedeze (echivalentul a 1,17 milioane de dolari americani).

Mecanica cuantică guvernează lumea microscopică a atomilor și electronilor – unde electronii pot „penetra” barierele energetice și pot absorbi energie doar în cantități fixe numite cuante.

La nivelul macroscopic al lumii umane, aceste efecte par să dispară. De exemplu, o minge, alcătuită din nenumărați atomi, nu ar putea niciodată să treacă printr-un perete.

Curioși în legătură cu acest lucru, în anii 1980, la Universitatea din California, trei oameni de știință, Clarke, Devoret și Martinis, au început să testeze dacă legile cuantice existau la o dimensiune suficient de mare pentru a fi văzute cu ochiul liber.

Pentru a testa acest lucru, au creat un circuit Josephson - în care doi supraconductori sunt separați de un strat izolator ultra-subțire. Într-un metal normal, electronii se ciocnesc cu materialul și între ei, dar într-un supraconductor răcit aproape de zero absolut, aceștia formează perechi Cooper care se mișcă la unison fără rezistență și au în comun o singură funcție de undă cuantică.

Conform fizicii clasice, atunci când echipa a menținut circuitul la tensiune zero, acesta ar fi trebuit să rămână nemișcat. Cu toate acestea, cercetarea a arătat că uneori circuitul „scapă” brusc – nu din cauza căldurii, ci datorită efectului de tunelare cuantică prin bariera energetică. Aceasta a fost prima dovadă directă că legile cuantice încă există în lumea macroscopică.

Apoi, când au expus circuitul la microunde, cei trei oameni de știință au observat vârfuri de rezonanță ascuțite la frecvențe specifice. Fiecare vârf corespundea diferenței de energie dintre două stări cuantizate, indicând faptul că energia circuitului putea lua doar valori discrete. Cu alte cuvinte, un dispozitiv alcătuit din miliarde de electroni se comporta ca un singur sistem cuantic.

Înainte de acest experiment, efectele de tunelare cuantică și cuantizare a energiei fuseseră observate doar la atomi și particule subatomice.

Doamna Eva Olsson - membră a Comitetului Nobel - a evaluat munca de cercetare a trioului de oameni de știință John Clarke, Michel H. Devoret și John M. Martinis ca fiind „deschisă ușa către o altă lume”.

„Când fenomenele cuantice sunt aduse la scară macroscopică, le putem atinge, controla și observa – acest lucru deschide ușa către structuri și tehnologii complet noi”, a spus ea.

Între timp, dl. Olle Eriksson - președintele Comitetului Nobel pentru Fizică - a numit această demonstrație că mecanica cuantică este extrem de utilă și reprezintă fundamentul întregii tehnologii digitale actuale.

Descoperirile a trei oameni de știință, Clarke, Devoret și Martinis, au pus bazele computerelor cuantice.

Până la sfârșitul anilor 1990, oamenii de știință dezvoltau biți cuantici (qubiți) – unități de informație cuantică – bazați pe principiul energiei demonstrat de trioul de pionierat.

Dl. Martinis a aplicat ulterior această metodă pentru a crea primul procesor cuantic supraconductor, în care qubiții pot oscila delicat între „0” și „1” într-o suprapunere cuantică sofisticată.

Potrivit Comitetului Nobel, tranzistorul din microcipurile computerelor de astăzi este un exemplu al modului în care mecanica cuantică a devenit baza tehnologiei de zi cu zi, punând bazele următoarei generații de tehnologie cuantică, inclusiv criptografia cuantică, computerele cuantice și senzorii cuantici.

(TTXVN/Vietnam+)

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