Нобелевская премия по физике 2025 года: когда «квантовый мир» станет видимым

Долгое время квантовый мир считался «странным» пространством, где частицы способны проникать сквозь препятствия, существовать в двух состояниях одновременно и бросать вызов всем законам человеческой интуиции. Однако трио учёных – Джон Кларк, Мишель Х. Деворе и Джон М. Мартинис – сделали то, что, казалось бы, существует только в микроскопических лабораториях, осязаемым – прямо в электрической цепи, которую можно увидеть невооружённым глазом.

7 октября трём учёным (Джону Кларку, Мишелю Х. Деворе и Джону М. Мартинису) была присуждена Нобелевская премия по физике 2025 года за «открытие квантово-механических туннельных эффектов в макроскопическом масштабе и квантования энергии в электрических цепях». Они разделят премию в размере 11 миллионов шведских крон (эквивалент 1,17 миллиона долларов США).

Квантовая механика управляет микроскопическим миром атомов и электронов, где электроны могут «проникать» через энергетические барьеры и поглощать энергию только в фиксированных количествах, называемых квантами.

На макроскопическом уровне человеческого мира эти эффекты, по-видимому, исчезают. Например, шар, состоящий из бесчисленного множества атомов, никогда не сможет пройти сквозь стену.

Заинтересовавшись этим, в 1980-х годах в Калифорнийском университете трое ученых — Кларк, Деворет и Мартинис — начали проверять, существуют ли квантовые законы в масштабах, достаточно больших, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.

Чтобы проверить это, они создали схему Джозефсона, в которой два сверхпроводника разделены сверхтонким изолирующим слоем. В обычном металле электроны сталкиваются с материалом и друг с другом, но в сверхпроводнике, охлаждённом вблизи абсолютного нуля, они образуют куперовские пары, которые движутся синхронно без сопротивления и имеют общую квантовую волновую функцию.

Когда учёные поддерживали напряжение в цепи нулевым, согласно классической физике, она должна была оставаться неподвижной. Однако исследование показало, что иногда цепь внезапно «выходит из состояния покоя» – не из-за нагрева, а благодаря квантовому туннелированию через энергетический барьер. Это стало первым прямым доказательством того, что квантовые законы всё ещё существуют в макроскопическом мире.

Затем, подвергнув схему воздействию микроволн, трое учёных наблюдали острые резонансные пики на определённых частотах. Каждый пик соответствовал энергетическому зазору между двумя квантованными состояниями, что указывало на то, что энергия схемы может принимать только дискретные значения. Другими словами, устройство, состоящее из миллиардов электронов, вело себя как единая квантовая система.

До этого эксперимента эффекты квантового туннелирования и квантования энергии наблюдались только в атомах и субатомных частицах.

Г-жа Ева Ольссон, член Нобелевского комитета, оценила исследовательскую работу трех ученых Джона Кларка, Мишеля Х. Деворе и Джона М. Мартиниса как «открывающую дверь в другой мир».

«Когда квантовые явления доводятся до макроскопических масштабов, мы можем их трогать, контролировать и наблюдать — это открывает дверь к совершенно новым структурам и технологиям», — сказала она.

Между тем г-н Олле Эрикссон, председатель Нобелевского комитета по физике, назвал это доказательством того, что квантовая механика чрезвычайно полезна и является основой всех современных цифровых технологий.

Открытия трех ученых Кларка, Деворе и Мартиниса заложили основу квантовых компьютеров.

К концу 1990-х годов ученые разрабатывали квантовые биты (кубиты) — единицы квантовой информации — на основе энергетического принципа, продемонстрированного тремя пионерами.

Позднее г-н Мартинис применил этот метод для создания первого сверхпроводящего квантового процессора, в котором кубиты могут деликатно колебаться между «0» и «1» в сложной квантовой суперпозиции.

По мнению Нобелевского комитета, транзистор в современных компьютерных микрочипах является примером того, как квантовая механика стала основой повседневной техники, заложив фундамент для следующего поколения квантовых технологий, включая квантовую криптографию, квантовые компьютеры и квантовые датчики./.

(TTXVN/Вьетнам+)

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