Nobel z Fizyki 2025 za odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowo-mechanicznego

Eksperymenty na układzie scalonym pokazały działanie kwantowej w praktyce. Jednym z fundamentalnych pytań fizyki jest to, jak duży może być układ, który nadal wykazuje efekty kwantowo-mechaniczne. Tegoroczni laureaci Nagrody Nobla przeprowadzili eksperymenty z obwodem elektrycznym, w którym udało im się zaobserwować zarówno tunelowanie kwantowo-mechaniczne, jak i skwantowane poziomy energii w układzie na tyle dużym, że można go było trzymać w dłoni.

Mechanika kwantowa pozwala cząstce przeniknąć prosto przez barierę: proces ten nazywa się tunelowaniem. Gdy jednak w grę wchodzi duża liczba cząstek, efekty kwantowe zazwyczaj stają się nieistotne. Eksperymenty laureatów wykazały, że właściwości kwantowe mogą zostać urzeczywistnione również w skali makroskopowej.

W latach 1984-1985 John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis przeprowadzili serię eksperymentów z obwodem elektronicznym zbudowanym z nadprzewodników, czyli elementów, które mogą przewodzić prąd bez oporu elektrycznego. W obwodzie tym elementy nadprzewodzące były oddzielone cienką warstwą materiału nieprzewodzącego, tworząc układ znany jako złącze Josephsona. Dzięki precyzyjnemu dopracowaniu i pomiarowi właściwości obwodu, naukowcy byli w stanie kontrolować i badać zjawiska pojawiające się, gdy przepuszczali przez niego prąd. Ładunki przemieszczające się w nadprzewodniku tworzyły razem system, który zachowywał się tak, jakby stanowił pojedynczą cząstkę wypełniającą cały obwód.

Laureaci wykazali również, że system zachowuje się zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej: jest skwantowany, co oznacza, że może pochłaniać lub emitować tylko określone ilości energii.

Tranzystory w mikroprocesorach komputerowych to jeden z przykładów ugruntowanej technologii kwantowej, która nas otacza.

Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki otwiera drogę do rozwoju następnej generacji technologii kwantowych, w tym kryptografii kwantowej, komputerów kwantowych i czujników kwantowych.