Королівська шведська академія наук присудила Нобелівську премію з фізики 2025 року Джону Кларку, Джону М. Мартінісу зі США та Мішелю Г. Деворе з Франції “за відкриття макроскопічного квантового тунелювання та квантування енергії в електричному колі”.
Вчені вперше експериментально довели, що квантові ефекти зберігаються навіть у макроскопічних системах, тобто в об'єктах, достатньо великих, щоб їх можна було тримати в руках. Це відкриває шлях до нових технологій.
Квантова механіка є основою всіх цифрових технологій. Транзистори в комп'ютерних мікрочіпах – один із її прикладів. Відкриття лауреатів прокладає шлях до розвитку квантових комп’ютерів, квантової криптографії і квантових сенсорів.
“Дивовижно бачити, як квантова механіка, якій уже понад сто років, і далі підносить нові сюрпризи. Водночас вона надзвичайно корисна, адже є основою всієї сучасної цифрової технології”, ‒ зазначив голова Нобелівського комітету з фізики Олле Ерікссон.
Детальніше про експеримент
Важливим питанням у фізиці є максимальний розмір системи, яка може демонструвати квантово-механічні ефекти. Цьогорічні лауреати Нобелівської премії провели експерименти з електричним колом, в яких вони продемонстрували як квантово-механічне тунелювання, так і квантовані енергетичні рівні в системі, достатньо великій, щоб її можна було тримати в руці.
Квантова механіка дозволяє частинці рухатися прямо через енергетичний бар'єр, використовуючи процес, який називається тунелюванням. Але якщо йдеться про велику кількість частинок, такі ефекти зазвичай зникають. Лауреати довели, що ці квантові ефекти зберігаються навіть у макроскопічних системах, якщо правильно сконструювати умови.
У 1984 та 1985 роках вчені провели серію експериментів:
- створили електронне коло з надпровідників, які можуть проводити струм без електричного опору;
- з'єднали компоненти через тонкий шар непровідника, це називається “джозефсонівським переходом;
- вимірюючи всі різні властивості свого кола, вчені змогли контролювати та досліджувати явища, що виникали, коли вони пропускали через нього струм;
- дослідили, що весь струм у колі поводиться як єдина квантова частинка, яка заповнює всю систему.
Макроскопічна система спочатку перебувала у стані, в якому струм протікає без будь-якої напруги. Тобто вона була замкнена ніби за бар'єром, який не могла подолати. В експерименті система, завдяки квантовому тунелюванню, вийшла зі стану нульової напруги через, тобто перейшла в інший стан, що проявилося через появу напругу.
Лауреати також змогли продемонструвати, що система поводиться так, як передбачає квантова механіка – вона квантована, тобто поглинає або випромінює енергію лише певними порціями.
Більше про нобелівські премії
Нобелівські премії були засновані за заповітом Альфреда Нобеля, шведського винахідника динаміту та заможного бізнесмена. Їх присуджують з 1901 року за видатні внески у науку, літературу та боротьбу за мир, з перервами переважно під час світових війн.
Премію з економіки додали пізніше, її фінансує центральний банк Швеції ‒ Ріксбанком.
Переможців обирають експертні комітети з різних установ. Усі премії вручають в Стокгольмі, за винятком Премії миру, яка вручається в Осло ‒ це, можливо, данина політичному союзу між Швецією та Норвегією, що існував за життя Нобеля.
- “Нобеля” з медицини-2025 отримали вчені зі США та Японії за відкриття у сфері імунітету. Відкриття Мері Бранкоу, Фред Рамсделл і Шімон Сакаґучі стимулювали розробку нових методів лікування, наприклад, раку та аутоімунних захворювань.
- Цього тижня стануть відомі лауреати Нобелівської премії з хімії, літератури, миру та економіки. Кульмінацією нагородження є церемонії, на яких присутні королівські родини Швеції та Норвегії, після яких 10 грудня ‒ у річницю смерті Альфреда Нобеля ‒ відбудуться пишні бенкети.