Нобелівська премія з фізики 2025: Коли «квантовий світ» стане видимим

Протягом тривалого часу квантовий світ вважався «дивним» простором, де частинки можуть проникати крізь перешкоди, існувати одночасно у двох станах та кидати виклик усім законам людської інтуїції. Однак тріо вчених Джон Кларк, Мішель Х. Деворе та Джон М. Мартініс зробили те, що, здавалося б, існувало лише в мікроскопічних лабораторіях, відчутним – прямо в електричному колі, яке можна побачити неозброєним оком.

7 жовтня троє вчених (Джон Кларк, Мішель Х. Деворе та Джон М. Мартініс) отримали Нобелівську премію з фізики за 2025 рік за «відкриття квантово-механічних тунельних ефектів на макроскопічному рівні та квантування енергії в електричних колах». Вони розділять премію вартістю 11 мільйонів шведських крон (еквівалентно 1,17 мільйона доларів США).

Квантова механіка керує мікроскопічним світом атомів та електронів, де електрони можуть «проникнути» крізь енергетичні бар'єри та поглинати енергію лише у фіксованих кількостях, які називаються квантами.

На макроскопічному рівні людського світу ці ефекти, здається, зникають. Наприклад, куля, що складається з незліченних атомів, ніколи не змогла б пройти крізь стіну.

Зацікавлені цим, у 1980-х роках у Каліфорнійському університеті троє вчених Кларк, Деворет і Мартініс почали перевіряти, чи існують квантові закони в розмірах, достатньо великих, щоб їх можна було побачити неозброєним оком.

Щоб перевірити це, вони створили схему Джозефсона, де два надпровідники розділені надтонким ізоляційним шаром. У звичайному металі електрони стикаються з матеріалом і один з одним, але в надпровіднику, охолодженому поблизу абсолютного нуля, вони утворюють куперівські пари, які рухаються в унісон без опору та мають одну квантову хвильову функцію.

Коли команда тримала схему на нульовій напрузі, згідно з класичною фізикою, вона мала б залишатися нерухомою. Однак дослідження показало, що схема іноді раптово «виходить з ладу» – не через нагрівання, а завдяки квантовому тунелюванню через енергетичний бар'єр. Це був перший прямий доказ того, що квантові закони все ще існують у макроскопічному світі.

Далі, коли вони опромінили схему мікрохвильовим випромінюванням, троє вчених спостерігали різкі резонансні піки на певних частотах. Кожен пік відповідав енергетичній щілині між двома квантованими станами, що вказувало на те, що енергія схеми могла набувати лише дискретних значень. Іншими словами, пристрій, що складається з мільярдів електронів, поводився як єдина квантова система.

До цього експерименту ефекти квантового тунелювання та квантування енергії спостерігалися лише в атомах та субатомних частинках.

Пані Єва Олссон – член Нобелівського комітету – оцінила дослідницьку роботу тріо вчених Джона Кларка, Мішеля Х. Деворе та Джона М. Мартініса як «відкриття дверей в інший світ».

«Коли квантові явища переносяться на макроскопічний рівень, ми можемо їх торкатися, контролювати та спостерігати – це відкриває двері до абсолютно нових структур і технологій», – сказала вона.

Тим часом, пан Олле Ерікссон – голова Нобелівського комітету з фізики – назвав це доказом того, що квантова механіка надзвичайно корисна та є основою всіх сучасних цифрових технологій.

Відкриття трьох вчених Кларка, Деворета та Мартініса заклали основу для квантових комп'ютерів.

До кінця 1990-х років вчені розробляли квантові біти (кубіти) – одиниці квантової інформації – на основі енергетичного принципу, продемонстрованого тріо новаторів.

Пізніше пан Мартініс застосував цей метод для створення першого надпровідного квантового процесора, де кубіти можуть делікатно коливатися між «0» та «1» у складній квантовій суперпозиції.

За даними Нобелівського комітету, транзистор у сучасних комп'ютерних мікрочіпах є прикладом того, як квантова механіка стала основою для повсякденних технологій, закладаючи основу для наступного покоління квантових технологій, включаючи квантову криптографію, квантові комп'ютери та квантові сенсори.

(TTXVN/В'єтнам+)

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