2025 Nobel Fizik Ödülü: Mikrodan Makroya Kuantum Mekaniği

Kuantum mekaniğinin keşfinden tam 100 yıl sonra, 2025 Nobel Fizik Ödülü, kuantum teknolojisinde yeni bir çağ açarak, garip kuantum etkilerinin büyük ölçekte meydana gelebileceğini gösteren üç Amerikalı bilim insanına verildi.

İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, 7 Ekim'de İsveç'in başkenti Stockholm'de düzenlediği basın toplantısında, bilim insanları John Clarke, Michel H. Devoret ve John M. Martinis'in bu yılki Nobel Fizik Ödülü'nü kazandığını duyurdu. Fotoğraf: REUTERS

1925 yılında fizikçiler Heisenberg, Schrödinger ve Dirac kuantum mekaniğini keşfettiler; bu dünyayı değiştirecek tuhaf bir keşifti.

Tam 100 yıl sonra, 2025 Nobel Fizik Ödülü, kuantum tünelleme etkisini -garip bir mikroskobik kuantum etkisi- makroskobik dünyaya getirerek birçok çığır açıcı uygulamanın önünü açan üç Amerikalı fizikçiye verildi.

Yüzyıllardır süregelen kuantum mekaniğinin sürekli yeni sürprizler getirmesini kutlamak harika. Aynı zamanda inanılmaz derecede faydalı, çünkü kuantum mekaniği tüm dijital teknolojinin temeli.

Olle Eriksson (Nobel Fizik Komitesi Başkanı, konuşuyor)

Tünelleme etkisinin çığır açan keşfi

Nobel Komitesi'nin açıklamasına göre, 2025 Nobel Fizik Ödülü'ne "elektrik devrelerinde makroskobik kuantum tünelleme etkilerinin ve enerji kuantumlaşmasının keşfi" nedeniyle üç Amerikalı fizikçi John Clarke, Michel H. Devoret ve John M. Martinis layık görüldü.

Bu yılki ödül, 1984 ve 1985 yıllarında süperiletken devreler üzerinde yürüttükleri ve parçacıkların yalnızca kuantum mekaniğinde meydana gelebilen bariyerlerden geçme olayı olan "tünelleme"nin daha önce düşünülenden çok daha büyük ölçeklerde meydana gelebileceğini gösteren bir dizi deneye verildi.

1968 yılında Cambridge Üniversitesi'nden doktora derecesi alan Profesör John Clarke, 1969'dan bu yana Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'de Fizik Profesörü olarak görev yapmaktadır. Şu anda üniversitenin Lisansüstü Okulu'nda Emeritus Profesör olarak görev yapmaktadır.

Paris'te doğan ve doktorasını orada yapan Michel H. Devoret, Yale Üniversitesi'ne bağlı Yale Kuantum Enstitüsü'nde uygulamalı fizik alanında emekli profesördür.

John M. Martinis, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'den doktora derecesine sahiptir. Üniversitede ders verdikten sonra, son olarak Google'ın kuantum yapay zeka grubunda çalışmıştır.

Bay Devoret, 1980'lerin ortalarında, doktora öğrencisi Martinis ile birlikte, Bay Clarke'ın araştırma grubuna doktora sonrası araştırmacı olarak katıldı. Birlikte, kuantum tünelleme etkisini makroskobik düzeyde gösterme görevini üstlendiler.

Üç bilim insanı, deneylerinde, elektrik akımını dirençsiz iletebilen süperiletkenlerden devreler inşa ettiler. Devrenin özelliklerini ayarlayıp ölçerek, meydana gelen olayları kontrol edebildiler. Süperiletken içinde hareket eden yüklü parçacıklar, tüm devreyi dolduran tek bir parçacıkmış gibi davranan bir sistem oluşturdu.

Bu parçacık sistemi başlangıçta, sanki aşılmaz bir bariyer tarafından engellenmiş gibi, gerilimsiz akım akan bir durumdadır.

Deneyde, sistem kuantum tünelleme etkisi yoluyla bu durumdan kaçarak kuantum özellikleri gösterdi. Üç bilim insanı ayrıca sistemin kuantumlu olduğunu, yani yalnızca belirli miktarlarda enerji emdiğini veya yaydığını da gösterdi.

Kuantum mekaniği tünelleme etkisinin bir örneği: Duvara bir top attığınızda geri seker. Ancak mikroskobik bir parçacık attığınızda duvardan geçer. Bu etki genellikle büyük bir parçacık grubu için azalır, bu yüzden günlük hayatta duvardan geçen birini asla görmeyiz - Fotoğraf: JOHAN JARNESTAD/İsveç Bilimler Akademisi

Kuantum teknolojisinin önünü açmak

Deney, kuantum mekaniğinin anlaşılması açısından önemli sonuçlar doğuruyor. Daha önce, makroskobik kuantum mekaniği etkileri, lazerler, süperiletkenler ve süperakışkanlar gibi fenomenleri üretmek için bir araya gelen birçok mikroskobik parçacığı içeriyordu. Ancak, bu yıl Nobel Ödülü kazanan üç fizikçinin deneyleri doğrudan makroskobik bir etki ortaya çıkardı.

Bu tür makroskobik kuantum durumları, mikroskobik dünyayı yöneten olguları kullanan deneyler için yeni bir potansiyel sunar. Bu durum, diğer kuantum sistemlerinin simülasyonunu yapmak ve incelenmesine yardımcı olmak için kullanılan, büyük ölçekli bir tür yapay atom olarak düşünülebilir.

Martinis'in önemli bir uygulaması, daha sonra uygulamaya koyduğu kuantum bilgisayarıydı. Kendisi ve iki Nobel ödüllü arkadaşının gösterdiği enerji kuantizasyonunu birebir kullandı ve kuantumlu durumları kuantum bitleri veya kübitler olarak kullanan devreler kullandı; en düşük enerji durumu 0, en yüksek enerji durumu ise 1'di.

Süperiletken devreler, kuantum bilgisayarları geliştirme çalışmalarında araştırılan tekniklerden biridir. Martinis, 2014-2020 yılları arasında Google'ın kuantum hesaplama araştırma grubunun başkanlığını yürütmüştür.

Clarke, araştırmalarının cep telefonlarının doğuşu gibi teknolojik ilerlemelerin önünü açtığını söyledi. Nobel Komitesi ayrıca şunları da vurguladı: "Günümüzde cep telefonları, kameralar... ve fiber optik kablolar da dahil olmak üzere kuantum mekaniğine dayanmayan hiçbir ileri teknoloji yoktur."

Fizik ve kimya kuantum "tünelinde" buluştuğunda

2025 Nobel Fizik Ödülü, 40 yıl önce kuantum mekaniği alanındaki keşifleri nedeniyle üç bilim insanına verildi. Bu sonuç çok da şaşırtıcı değil, çünkü UNESCO 2025'i Uluslararası Kuantum Bilimi ve Teknolojisi Yılı olarak seçti.

Nobel Komitesi, "Kuantum mekaniği tüm dijital teknolojinin temelidir... Deneyleri, kuantum prensiplerine dayalı yeni teknolojik ilerlemelerin temelini attı" dedi.

Bu üç fizikçi tünelleme etkisini keşfetti ve elektrik devrelerindeki enerji sıçramalarını belirledi. Tünelleme etkisi kısa sürede birçok kimyasal reaksiyonu açıklamada temel bir kavram haline geldi.

Bunu, Hai Van Geçidi'nden geçerken olduğu gibi basitçe hayal edebiliriz: tepkimeye giren maddeler çoğunlukla çok yüksek enerjiyle "geçidi tırmanmak" zorundadır, ancak bazen "tünelden geçerler" ve tepkime yaratmak için enerji bariyerini daha hızlı aşarlar.

Tünelleme, üniversite düzeyinde kimyasal kinetik ders kitaplarında öğretilmekte ve reaksiyon hız sabitleri hesaplanırken kuantum yöntemleri kullanılarak modellenmektedir. Fizik ve kimya, bir kez daha harika bir şekilde harmanlanmaktadır.

Prof. Nguyen Minh Tho - KU Leuven Üniversitesi'nde Onursal Profesör, Belçika

Konuya geri dön

DR. NGUYEN TRUNG DAN

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