2025 Nobel Fizik Ödülü: 'Kuantum dünyası' görünür hale geldiğinde

Kuantum dünyası uzun zamandır parçacıkların engelleri aşabildiği, aynı anda iki durumda var olabildiği ve insan sezgisinin tüm yasalarına meydan okuyabildiği "tuhaf" bir alan olarak kabul ediliyordu. Ancak John Clarke, Michel H. Devoret ve John M. Martinis üçlüsü, yalnızca mikroskobik laboratuvarlarda var gibi görünen şeyi, çıplak gözle görülebilen bir elektrik devresinde somut hale getirdi.

7 Ekim'de üç bilim insanı (John Clarke, Michel H. Devoret ve John M. Martinis), "makroskobik ölçekte kuantum mekanik tünelleme etkilerinin keşfi ve elektrik devrelerinde enerjinin kuantumlaştırılması" nedeniyle 2025 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. 11 milyon İsveç kronu (1,17 milyon ABD dolarına eşdeğer) değerindeki ödülü paylaşacaklar.

Kuantum mekaniği, elektronların enerji bariyerlerini aşabildiği ve yalnızca kuanta adı verilen sabit miktarda enerji emebildiği atomların ve elektronların mikroskobik dünyasını yönetir.

İnsan dünyasının makroskobik düzeyinde, bu etkiler ortadan kalkmış gibi görünüyor. Örneğin, sayısız atomdan oluşan bir top asla bir duvardan geçemez.

Bunu merak eden üç bilim insanı, 1980'lerde Kaliforniya Üniversitesi'nde Clarke, Devoret ve Martinis, kuantum yasalarının çıplak gözle görülebilecek kadar büyük bir boyutta olup olmadığını test etmeye başladılar.

Bunu test etmek için, iki süperiletkenin ultra ince bir yalıtım tabakasıyla ayrıldığı bir Josephson devresi oluşturdular. Normal bir metalde elektronlar malzemeyle ve birbirleriyle çarpışır, ancak mutlak sıfıra yakın soğutulmuş bir süperiletkende, dirençsiz bir şekilde uyum içinde hareket eden ve tek bir kuantum dalga fonksiyonunu paylaşan Cooper çiftleri oluştururlar.

Ekip devreyi sıfır voltajda tuttuğunda, klasik fiziğe göre devrenin hareketsiz kalması gerekirdi. Ancak araştırma, devrenin bazen aniden "kaçtığını" gösterdi; ısıdan değil, enerji bariyerinden kuantum tünellemesi sayesinde. Bu, kuantum yasalarının makroskobik dünyada hala var olduğuna dair ilk doğrudan kanıttı.

Daha sonra, devreyi mikrodalgalara maruz bıraktıklarında, üç bilim insanı belirli frekanslarda keskin rezonans tepe noktaları gözlemledi. Her tepe noktası, iki kuantumlu durum arasındaki enerji boşluğuna karşılık geliyordu ve bu da devrenin enerjisinin yalnızca ayrık değerler alabileceğini gösteriyordu. Başka bir deyişle, milyarlarca elektrondan oluşan bir cihaz, tek bir kuantum sistemi gibi davranıyordu.

Bu deneyden önce kuantum tünelleme ve enerji kuantizasyon etkileri yalnızca atomlarda ve atom altı parçacıklarda gözlemlenmişti.

Nobel Komitesi üyesi Eva Olsson, John Clarke, Michel H. Devoret ve John M. Martinis üçlüsünün araştırma çalışmalarının "başka bir dünyanın kapısını açtığını" belirtti.

"Kuantum olguları makroskobik ölçeğe taşındığında, onlara dokunabiliyor, onları kontrol edebiliyor ve gözlemleyebiliyoruz; bu da tamamen yeni yapıların ve teknolojilerin kapısını açıyor" dedi.

Bu arada Nobel Fizik Komitesi Başkanı Olle Eriksson, bu bulguyu kuantum mekaniğinin son derece yararlı olduğunun ve günümüz dijital teknolojisinin temeli olduğunun kanıtı olarak nitelendirdi.

Üç bilim insanı Clarke, Devoret ve Martinis'in keşifleri kuantum bilgisayarlarının temelini attı.

1990'ların sonlarına doğru bilim insanları, öncü üçlünün gösterdiği enerji ilkesine dayanarak kuantum bitleri (kübitler) – kuantum bilgi birimleri – geliştiriyorlardı.

Bay Martinis daha sonra bu yöntemi, kübitlerin karmaşık bir kuantum süperpozisyonu içinde "0" ile "1" arasında hassas bir şekilde salınabildiği ilk süperiletken kuantum işlemcisini yaratmak için kullandı.

Nobel Komitesi'ne göre, günümüz bilgisayar mikroçiplerindeki transistör, kuantum mekaniğinin günlük teknolojinin temeli haline gelmesinin ve kuantum kriptografisi, kuantum bilgisayarlar ve kuantum sensörler de dahil olmak üzere gelecek nesil kuantum teknolojisinin temellerini atmasının bir örneğidir.

(TTXVN/Vietnam+)

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