รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ 2025: เมื่อ ‘โลกควอนตัม’ ปรากฏชัด

นางสาวเอวา โอลส์สัน ซึ่งเป็นสมาชิกคณะกรรมการรางวัลโนเบล ประเมินผลงานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ 3 คน ได้แก่ จอห์น คลาร์ก มิเชล เอช. เดอโวเรต์ และจอห์น เอ็ม. มาร์ตินีส ว่าเป็น "การเปิดประตูสู่โลกอีกใบ"

เป็นเวลานานที่โลกควอนตัมถูกมองว่าเป็นพื้นที่ “แปลกประหลาด” ที่ซึ่งอนุภาคสามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวาง ดำรงอยู่ในสองสถานะในเวลาเดียวกัน และท้าทายกฎแห่งสัญชาตญาณของมนุษย์ทุกประการ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ สามคน ได้แก่ จอห์น คลาร์ก มิเชล เอช. เดโวเรต์ และจอห์น เอ็ม. มาร์ตินีส ได้ทำให้สิ่งที่ดูเหมือนจะมีอยู่เฉพาะในห้องปฏิบัติการจุลภาคกลายเป็นสิ่งที่จับต้องได้ – ในวงจรไฟฟ้าที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

เมื่อวันที่ 7 ตุลาคม นักวิทยาศาสตร์ 3 คน (จอห์น คลาร์ก มิเชล เอช. เดโวเรต์ และจอห์น เอ็ม. มาร์ตินิส) ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2025 จากผลงาน "การค้นพบปรากฏการณ์อุโมงค์กลศาสตร์ควอนตัมในระดับมหภาคและการควอนไทซ์พลังงานในวงจรไฟฟ้า" พวกเขาจะได้รับรางวัลร่วมกัน มูลค่า 11 ล้านโครนสวีเดน (เทียบเท่า 1.17 ล้านดอลลาร์สหรัฐ)

กลศาสตร์ควอนตัมควบคุม โลก ระดับจุลภาคของอะตอมและอิเล็กตรอน ซึ่งอิเล็กตรอนสามารถ "ทะลุ" กำแพงพลังงานและดูดซับพลังงานในปริมาณคงที่ที่เรียกว่าควอนตัมเท่านั้น

ในระดับมหภาคของโลกมนุษย์ ผลกระทบเหล่านี้ดูเหมือนจะหายไป ยกตัวอย่างเช่น ลูกบอลที่ประกอบด้วยอะตอมนับไม่ถ้วน ไม่สามารถผ่านกำแพงได้

ด้วยความอยากรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้ ในช่วงทศวรรษ 1980 นักวิทยาศาสตร์ 3 คน ได้แก่ คลาร์ก เดโวเรต์ และมาร์ตินีส ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เริ่มทดสอบว่ากฎควอนตัมมีขนาดใหญ่พอที่จะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าหรือไม่

เพื่อทดสอบสิ่งนี้ พวกเขาได้สร้างวงจรโจเซฟสันขึ้น โดยตัวนำยิ่งยวดสองชิ้นถูกคั่นด้วยชั้นฉนวนบางพิเศษ ในโลหะทั่วไป อิเล็กตรอนจะชนกับวัสดุและชนกันเอง แต่ในตัวนำยิ่งยวดที่เย็นตัวลงใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ อิเล็กตรอนจะเกิดเป็นคู่คูเปอร์ ซึ่งเคลื่อนที่พร้อมกันโดยไม่มีความต้านทาน และใช้ฟังก์ชันคลื่นควอนตัมร่วมกันเพียงตัวเดียว

เมื่อทีมวิจัยรักษาแรงดันไฟฟ้าของวงจรไว้ที่ศูนย์ ตามหลักฟิสิกส์คลาสสิก วงจรควรจะอยู่นิ่ง อย่างไรก็ตาม งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าบางครั้งวงจรก็ “หลุด” ออกไปอย่างกะทันหัน ไม่ใช่เพราะความร้อน แต่เป็นเพราะอุโมงค์ควอนตัมที่ทะลุผ่านกำแพงพลังงาน นี่เป็นหลักฐานโดยตรงชิ้นแรกที่แสดงให้เห็นว่ากฎควอนตัมยังคงมีอยู่ในโลกมหภาค

ต่อมา เมื่อนำวงจรไปสัมผัสกับไมโครเวฟ นักวิทยาศาสตร์ทั้งสามคนสังเกตเห็นจุดสูงสุดของการสั่นพ้องที่ความถี่เฉพาะ จุดสูงสุดแต่ละจุดสอดคล้องกับช่องว่างพลังงานระหว่างสถานะควอนตัมสองสถานะ ซึ่งบ่งชี้ว่าพลังงานของวงจรสามารถรับได้เฉพาะค่าที่ไม่ต่อเนื่อง กล่าวอีกนัยหนึ่ง อุปกรณ์ที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนหลายพันล้านตัวกำลังทำตัวเป็นระบบควอนตัมเดี่ยว

ก่อนการทดลองนี้ ผลกระทบของอุโมงค์ควอนตัมและการวัดปริมาณพลังงานได้รับการสังเกตเฉพาะในอะตอมและอนุภาคย่อยอะตอมเท่านั้น

นางสาวเอวา โอลส์สัน ซึ่งเป็นสมาชิกคณะกรรมการรางวัลโนเบล ประเมินผลงานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ 3 คน ได้แก่ จอห์น คลาร์ก มิเชล เอช. เดอโวเรต์ และจอห์น เอ็ม. มาร์ตินีส ว่าเป็น "การเปิดประตูสู่โลกอีกใบ"

“เมื่อปรากฏการณ์ควอนตัมถูกนำมาสู่ระดับมหภาค เราก็สามารถสัมผัส ควบคุม และสังเกตมันได้ ซึ่งจะเปิดประตูสู่โครงสร้างและเทคโนโลยีใหม่ๆ อย่างแท้จริง” เธอกล่าว

ในขณะเดียวกัน นาย Olle Eriksson ประธานคณะกรรมการรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ เรียกข้อพิสูจน์นี้ว่ากลศาสตร์ควอนตัมมีประโยชน์อย่างยิ่งและเป็นรากฐานของเทคโนโลยีดิจิทัลทั้งหมดในปัจจุบัน

การค้นพบ ของนักวิทยาศาสตร์สามคน ได้แก่ คลาร์ก เดโวเรต และมาร์ตินีส ถือเป็นการวางรากฐานให้กับคอมพิวเตอร์ควอนตัม

ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาควอนตัมบิต (คิวบิต) ซึ่งเป็นหน่วยของข้อมูลควอนตัม โดยอาศัยหลักการด้านพลังงานที่ได้รับการสาธิตโดยกลุ่มผู้บุกเบิกทั้งสามคน

ต่อมา นายมาร์ตินีสได้นำวิธีนี้มาประยุกต์ใช้ในการสร้างโปรเซสเซอร์ควอนตัมตัวนำยิ่งยวดตัวแรก โดยคิวบิตสามารถแกว่งอย่างละเอียดอ่อนระหว่าง "0" และ "1" ในการซ้อนทับควอนตัมที่ซับซ้อน

ตามที่คณะกรรมการโนเบลกล่าว ทรานซิสเตอร์ในไมโครชิปคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันเป็นตัวอย่างของการที่กลศาสตร์ควอนตัมได้กลายมาเป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีในชีวิตประจำวัน โดยวางรากฐานให้กับเทคโนโลยีควอนตัมรุ่นต่อไป รวมถึงการเข้ารหัสด้วยควอนตัม คอมพิวเตอร์ควอนตัม และเซ็นเซอร์ควอนตัม

(TTXVN/เวียดนาม+)

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