2025 Nobel Fizik Ödülü: Mikrodan Makroya Kuantum Mekaniği

Kuantum mekaniğinin keşfinden tam 100 yıl sonra, 2025 Nobel Fizik Ödülü, kuantum teknolojisinde yeni bir çağın başlangıcını müjdeleyen ve garip kuantum etkilerinin büyük ölçekte meydana gelebileceğini gösteren üç Amerikalı bilim insanına verilecek.

Bilim insanları John Clarke, Michel H. Devoret ve John M. Martinis, 7 Ekim'de İsveç'in Stockholm kentinde düzenlenen bir basın toplantısında, İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi tarafından bu yılki Nobel Fizik Ödülü'nün sahipleri olarak açıklandı. - Fotoğraf: REUTERS

1925'te fizikçiler Heisenberg, Schrödinger ve Dirac, dünyayı değiştiren olağanüstü bir keşif olan kuantum mekaniğini keşfettiler.

Tam 100 yıl sonra, 2025 Nobel Fizik Ödülü, tuhaf, mikroskobik bir kuantum etkisi olan kuantum tünelleme etkisini makroskobik dünyaya taşıyan ve birçok çığır açan uygulamanın önünü açan üç Amerikalı fizikçiye verildi.

Kuantum mekaniğinin yüzyıllardır varlığını sürdürmesini ve sürekli olarak yeni sürprizler sunmasını kutlayabilmek harika bir şey. Ayrıca inanılmaz derecede faydalı, çünkü kuantum mekaniği tüm dijital teknolojilerin temelini oluşturuyor.

Olle Eriksson (Nobel Fizik Komitesi Başkanı, konuşma yapıyor)

Tünelleme etkisiyle ilgili çığır açan bir keşif.

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

Bu yılki ödül, 1984 ve 1985 yıllarında süperiletken devreler üzerinde gerçekleştirdikleri bir dizi deneyi onurlandırıyor. Bu deneyler, parçacıkların daha önce yalnızca kuantum mekaniğinde mümkün olduğu düşünülen engellerden geçmesi fenomeni olan "tünelleme"nin, daha önce inanıldığından çok daha büyük ölçeklerde gerçekleşebileceğini gösterdi.

1968'de Cambridge Üniversitesi'nden doktora derecesini alan Profesör John Clarke, 1969'dan beri Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'de fizik profesörü olarak görev yapmaktadır. Şu anda üniversitenin lisansüstü okulunda emekli profesördür.

Paris'te doğan ve doktorasını da orada tamamlayan Michel H. Devoret, Yale Üniversitesi'ndeki Yale Kuantum Enstitüsü'nde Uygulamalı Fizik Fahri Profesörüdür.

Dr. John M. Martinis, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'den doktora derecesine sahiptir. Üniversitede öğretim görevlisi olarak çalıştıktan sonra, son olarak Google'ın kuantum yapay zeka ekibinde görev yapmıştır.

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

Deneylerde, üç bilim insanı dirençsiz akım iletebilen bir süperiletken kullanarak bir elektrik devresi oluşturdu. Devrenin özelliklerini ince ayar yaparak ve ölçerek, ortaya çıkan olayları kontrol edebildiler. Süperiletken içinden geçen yüklü parçacıklar, tüm devreyi dolduran tek bir parçacık gibi davranan bir sistem oluşturdu.

Bu parçacıklar başlangıçta, aşılmaz bir engel tarafından bloke edilmiş gibi, içlerinden voltaj olmadan akım geçen bir durumdadır.

Deneyde, sistem kuantum tünelleme etkisiyle bu durumdan kurtularak kuantum özelliklerini sergiledi. Üç bilim insanı ayrıca sistemin kuantize olduğunu, yani yalnızca belirli bir miktarda enerjiyi emdiğini veya yaydığını da kanıtladı.

Kuantum mekaniksel tünelleme etkisinin gösterimi: Bir topu duvara atarsanız, geri seker. Ama mikroskobik bir parçacığı atarsanız, duvardan geçer. Bu etki genellikle büyük bir parçacık grubu için azalır, bu yüzden günlük hayatta birinin duvardan geçtiğini asla görmeyiz. - Fotoğraf: JOHAN JARNESTAD/İsveç Bilimler Akademisi

Kuantum teknolojisinin önünü açmak.

Bu deney, kuantum mekaniği anlayışımız açısından önemli sonuçlar doğurmaktadır. Daha önce, makroskobik düzeydeki kuantum mekaniksel etkiler, lazerler, süperiletkenler ve süperakışkanlar gibi olayları üretmek için bir araya gelen birçok mikroskobik parçacığı içeriyordu. Ancak, bu yıl Nobel Ödülü'nü alan üç fizikçinin deneyleri, doğrudan makroskobik bir etki ortaya koymuştur.

Bu tür makroskopik kuantum durumu, mikroskopik dünyayı yöneten olguları kullanan deneyler için yeni potansiyeller açmaktadır. Diğer kuantum sistemlerinin incelenmesinde ve simülasyonunda kullanılan, büyük ölçekli bir tür yapay atom olarak düşünülebilir.

Önemli uygulamalardan biri, daha sonra Martinis tarafından geliştirilen kuantum bilgisayardı. O, kendisinin ve iki Nobel ödüllü bilim insanının gösterdiği enerjinin kuantumlaştırılmasını tam olarak kullandı; kuantum bitleri veya kübitler olarak adlandırılan kuantumlaştırılmış durumlara sahip devreler kullandı, en düşük enerji durumu 0 ve daha yüksek seviyeler 1 idi.

Süperiletken devreler, kuantum bilgisayarlar inşa etme çabalarında araştırılan tekniklerden biridir. Martinis, 2014'ten 2020'ye kadar Google'ın kuantum hesaplama araştırma grubuna liderlik etti.

Bay Clarke, araştırmalarının cep telefonlarının doğuşu gibi teknolojik ilerlemelerin önünü açmaya yardımcı olduğunu söyledi. Nobel Komitesi de şu tespiti yaptı: "Cep telefonları, kameralar... ve fiber optik kablolar da dahil olmak üzere, günümüzde kuantum mekaniğine dayanmayan gelişmiş bir teknoloji yoktur."

Fizik ve kimya kuantum "tünelinde" buluştuğunda.

2025 Nobel Fizik Ödülü, 40 yıl önce kuantum mekaniği alanındaki keşifleri nedeniyle üç bilim insanına verilecek. UNESCO'nun 2025'i Uluslararası Kuantum Bilim ve Teknoloji Yılı ilan etmesi nedeniyle bu sonuç tamamen beklenmedik değil.

Nobel Komitesi şu açıklamayı yaptı: "Kuantum mekaniği, tüm dijital teknolojinin temelidir... Deneyleri, kuantum prensiplerine dayalı yeni teknolojik gelişmelerin zeminini hazırlamıştır."

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

Basitçe anlatmak gerekirse, Hai Van Geçidi'ni geçmeyi hayal edin: reaktifler genellikle çok yüksek enerjiyle "geçidi tırmanmak" zorundadır, ancak bazen "bir tünelden geçerek" enerji bariyerini daha hızlı aşarak bir reaksiyonu başlatırlar.

Tünelleme, kimya kinetiği ders kitaplarında üniversite düzeyinde öğretilir ve reaksiyon hızı sabitleri hesaplanırken kuantum yöntemleri kullanılarak modellenir. Fizik ve kimya, bir kez daha, harika bir şekilde iç içe geçiyor.

Profesör Nguyen Minh Tho - Belçika'daki KU Leuven Üniversitesi Onursal Profesörü

Konuya geri dönelim

DR. NGUYEN TRUNG DAN

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