Nobelpriset i fysik 2025: När "kvantvärlden" blir synlig

Kvantvärlden har länge ansetts vara ett "konstigt" rum, där partiklar kan penetrera hinder, existera i två tillstånd samtidigt och trotsa alla lagar för mänsklig intuition. Men trion John Clarke, Michel H. Devoret och John M. Martinis har gjort det som bara verkade existera i mikroskopiska laboratorier påtagligt – mitt i en elektrisk krets som kan ses med blotta ögat.

Den 7 oktober tilldelades tre forskare (John Clarke, Michel H. Devoret och John M. Martinis) Nobelpriset i fysik 2025 för "upptäckten av kvantmekaniska tunneleffekter i makroskopisk skala och kvantiseringen av energi i elektriska kretsar". De kommer att dela på priset på 11 miljoner svenska kronor (motsvarande 1,17 miljoner USD).

Kvantmekanik styr den mikroskopiska världen av atomer och elektroner – där elektroner kan "penetrera" energibarriärer och bara absorbera energi i fasta mängder som kallas kvanta.

På makroskopisk nivå i den mänskliga världen verkar dessa effekter försvinna. Till exempel skulle en boll, gjord av otaliga atomer, aldrig kunna passera genom en vägg.

Nyfikna på detta började tre forskare, Clarke, Devoret och Martinis, på 1980-talet vid University of California testa om kvantlagar existerade i en storlek som var tillräckligt stor för att kunna ses med blotta ögat.

För att testa detta skapade de en Josephson-krets – där två supraledare är separerade av ett ultratunt isolerande lager. I en vanlig metall kolliderar elektroner med materialet och med varandra, men i en supraledare som kyls nära absoluta nollpunkten bildar de Cooper-par som rör sig i samklang utan motstånd och delar en enda kvantvågfunktion.

När teamet höll kretsen vid nollspänning, borde kretsen enligt klassisk fysik ha förblivit stilla. Forskningen visade dock att kretsen ibland plötsligt "slipper undan" – inte på grund av värme, utan tack vare kvanttunnelbildning genom energibarriären. Det var det första direkta beviset på att kvantlagar fortfarande existerar i den makroskopiska världen.

När de sedan exponerade kretsen för mikrovågor observerade de tre forskarna skarpa resonanstoppar vid specifika frekvenser. Varje topp motsvarade energigapet mellan två kvantiserade tillstånd, vilket indikerade att kretsens energi bara kunde anta diskreta värden. Med andra ord, en anordning bestående av miljarder elektroner betedde sig som ett enda kvantsystem.

Före detta experiment hade kvanttunnelning och energikvantiseringseffekter endast observerats i atomer och subatomära partiklar.

Eva Olsson – medlem av Nobelkommittén – bedömde forskningsarbetet utfört av trion John Clarke, Michel H. Devoret och John M. Martinis som "öppnande av dörren till en annan värld".

"När kvantfenomen förs till makroskopisk skala kan vi röra vid, kontrollera och observera dem – det öppnar dörren till helt nya strukturer och teknologier", sa hon.

Samtidigt kallade Olle Eriksson – ordförande för Nobelkommittén i fysik – detta ett bevis på att kvantmekanik är extremt användbar och grunden för all nuvarande digital teknik.

Upptäckterna av tre forskare Clarke, Devoret och Martinis lade grunden för kvantdatorer.

I slutet av 1990-talet utvecklade forskare kvantbitar (qubits) – enheter av kvantinformation – baserade på energiprincipen som demonstrerades av pionjärtrion.

Herr Martinis tillämpade senare denna metod för att skapa den första supraledande kvantprocessorn, där qubits kan oscillera försiktigt mellan "0" och "1" i en sofistikerad kvantsuperposition.

Enligt Nobelkommittén är transistorn i dagens datormikrochips ett exempel på hur kvantmekaniken har blivit grunden för vardagsteknik och lagt grunden för nästa generations kvantteknologi, inklusive kvantkryptografi, kvantdatorer och kvantsensorer.

(TTXVN/Vietnam+)

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