Premiul Nobel pentru Fizică 2025: Mecanica cuantică de la micro la macro

La exact 100 de ani de la descoperirea mecanicii cuantice, Premiul Nobel pentru Fizică din 2025 a onorat trei oameni de știință americani care au demonstrat că efecte cuantice stranii pot apărea la scară largă, deschizând o nouă eră pentru tehnologia cuantică.

Oamenii de știință John Clarke, Michel H. Devoret și John M. Martinis au fost anunțați câștigătorii Premiului Nobel pentru Fizică din acest an de către Academia Regală Suedeză de Științe, în cadrul unei conferințe de presă la Stockholm, Suedia, pe 7 octombrie - Foto: REUTERS

În 1925, fizicienii Heisenberg, Schrödinger și Dirac au descoperit mecanica cuantică - o descoperire stranie care avea să schimbe lumea .

Exact 100 de ani mai târziu, Premiul Nobel pentru Fizică din 2025 a fost acordat la trei fizicieni americani care au adus efectul de tunelare cuantică - un straniu efect cuantic microscopic - în lumea macroscopică, deschizând numeroase aplicații revoluționare.

Este minunat să putem celebra modul în care mecanica cuantică, veche de secole, continuă să aducă noi surprize. Este, de asemenea, incredibil de util, deoarece mecanica cuantică este fundamentul întregii tehnologii digitale .

Olle Eriksson (președintele Comitetului Nobel pentru Fizică, vorbitor)

Descoperire revoluționară a efectului de tunelare

Trei fizicieni americani, John Clarke, Michel H. Devoret și John M. Martinis, au primit Premiul Nobel pentru Fizică pe 2025 pentru „descoperirea efectelor macroscopice de tunelare cuantică și a cuantizării energiei în circuitele electrice”, conform anunțului Comitetului Nobel.

Premiul din acest an onorează o serie de experimente efectuate în 1984 și 1985 pe circuite supraconductoare, demonstrând că „tunnelingul” - fenomenul prin care particulele trec prin bariere, fenomen care poate apărea doar în mecanica cuantică - poate avea loc la scări mult mai mari decât se credea anterior.

Profesorul John Clarke, care și-a luat doctoratul la Universitatea Cambridge în 1968, este profesor de fizică la Universitatea din California, Berkeley, din 1969. În prezent, este profesor emerit în cadrul Școlii Postuniversitare a universității.

Michel H. Devoret, născut la Paris și unde și-a obținut doctoratul, este profesor emerit de fizică aplicată la Institutul Cuantic Yale al Universității Yale.

John M. Martinis deține un doctorat de la Universitatea din California, Berkeley. După ce a predat la universitate, cel mai recent a lucrat cu grupul de inteligență artificială cuantică al Google.

La mijlocul anilor 1980, dl. Devoret s-a alăturat grupului de cercetare al dlui Clarke ca cercetător postdoctoral, împreună cu studentul său doctorand, Martinis. Împreună, au acceptat provocarea de a demonstra efectul de tunelare cuantică la nivel macroscopic.

În experimentele lor, cei trei oameni de știință au construit circuite din supraconductori care puteau conduce curentul electric fără rezistență. Prin ajustarea și măsurarea proprietăților circuitului, au putut controla fenomenele care se produceau. Particulele încărcate care se mișcau prin supraconductor formau un sistem care se comporta ca și cum ar fi fost o singură particulă care umplea întregul circuit.

Acest sistem de particule se află inițial într-o stare în care curentul curge fără tensiune, ca și cum ar fi blocat de o barieră de netrecut.

În cadrul experimentului, sistemul a demonstrat proprietăți cuantice prin ieșirea din această stare prin efectul de tunelare cuantică. Cei trei oameni de știință au demonstrat, de asemenea, că sistemul era cuantizat, adică absoarbea sau emitea doar cantități specifice de energie.

Ilustrare a efectului de tunelare mecanic cuantică: Aruncați o minge într-un perete și aceasta ricoșează. Dar aruncați o particulă microscopică și aceasta trece prin perete. Acest efect se diminuează de obicei pentru un grup mare de particule, motiv pentru care nu vedem niciodată pe cineva trecând printr-un perete în viața de zi cu zi - Foto: JOHAN JARNESTAD/Academia Suedeză de Științe

Deschizând calea pentru tehnologia cuantică

Experimentul are consecințe importante pentru înțelegerea mecanicii cuantice. Anterior, efectele macroscopice ale mecanicii cuantice implicau combinarea mai multor particule microscopice pentru a produce fenomene precum lasere, supraconductori și superfluide. Cu toate acestea, experimentele celor trei fizicieni laureați ai Premiului Nobel din acest an au produs un efect macroscopic direct.

Acest tip de stare cuantică macroscopică deschide un nou potențial pentru experimente care exploatează fenomenele ce guvernează lumea microscopică. Poate fi considerat un fel de atom artificial la scară largă, folosit pentru a simula și a ajuta la studiul altor sisteme cuantice.

O aplicație importantă a fost computerul cuantic pe care Martinis l-a implementat ulterior. El a folosit exact cuantizarea energiei pe care o demonstraseră el și cei doi co-laureați ai Premiului Nobel, folosind circuite cu stări cuantizate ca biți cuantici sau qubiți, starea energetică cea mai joasă fiind 0, iar cea mai mare fiind 1.

Circuitele supraconductoare sunt una dintre tehnicile explorate în efortul de a construi computere cuantice. Martinis a fost șeful grupului de cercetare în informatică cuantică al Google din 2014 până în 2020.

Dl. Clarke a declarat că cercetările lor au contribuit la deschiderea drumului pentru progrese tehnologice, cum ar fi apariția telefoanelor mobile. Comitetul Nobel a afirmat, de asemenea: „Nu există tehnologie avansată astăzi care să nu se bazeze pe mecanica cuantică, inclusiv: telefoanele mobile, camerele foto... și cablurile cu fibră optică”.

Când fizica și chimia se întâlnesc în „tunelul” cuantic

Premiul Nobel pentru Fizică din 2025 a fost acordat la trei oameni de știință pentru descoperirile lor în mecanica cuantică, realizate acum 40 de ani. Acest rezultat nu este prea surprinzător, deoarece UNESCO a ales anul 2025 drept Anul Internațional al Științei și Tehnologiei Cuantice.

Comitetul Nobel a declarat: „Mecanica cuantică este baza întregii tehnologii digitale... Experimentele lor au pus bazele unor noi progrese tehnologice bazate pe principii cuantice”.

Acești trei fizicieni au descoperit efectul de tunelare și au determinat salturile de energie din circuitele electrice. Efectul de tunelare a devenit curând un concept central în explicarea multor reacții chimice.

Ne putem imagina pur și simplu ca atunci când trecem prin Pasul Hai Van: reactanții trebuie adesea să „urce trecătoarea” cu o energie foarte mare, dar uneori „trec prin tunel”, depășind mai repede bariera energetică pentru a crea o reacție.

Tunelarea este predată la nivel universitar în manualele de cinetică chimică și este modelată folosind metode cuantice atunci când se calculează constantele vitezei de reacție. Fizica și chimia, încă o dată, se îmbină minunat.

Prof. Nguyen Minh Tho - Profesor onorific la Universitatea KU Leuven, Belgia

Înapoi la subiect

Dr. NGUYEN TRUNG DAN

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