Tegorocznymi laureatami zostali John Clarke, Michel H. Devoret oraz John M. Martinis. Kapituła wyróżniła ich za odkrycie makroskopowego tunelowania mechaniczno-kwantowego i kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym. – To nagroda za przeniesienie efektów kwantowych z mikroświata do naszego makroświata – powiedział prof. dr hab. Rafał Demkowicz-Dobrzański z Instytutu Fizyki Teoretycznej UW.
Badania tegorocznych laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki ujawniły fizykę kwantową w działaniu. Naukowcy pokazali, że granica między światem makroskopowym a światem kwantowym jest płynna. Wyróżnieni naukowcy przeprowadzili eksperymenty z obwodem elektrycznym, w których zademonstrowali zarówno tunelowanie kwantowe, jak i skwantyzowane poziomy energii w układzie na tyle dużym, że można go trzymać w dłoni. Mechanika kwantowa pozwala cząstce na bezpośrednie przejście przez barierę energetyczną, wykorzystując proces zwany tunelowaniem. Eksperymenty laureatów wykazały, że właściwości mechaniki kwantowej można urzeczywistnić w skali makroskopowej (więcej na temat tegorocznej Nagrody Nobla z fizyki w tekście: Przyznano Nagrodę Nobla 2025 z fizyki).
Przeniesienie efektów kwantowych z mikroświata do naszego makroświata
– Laureaci Nagrody Nobla pokazali, że na poziomie kwantowym mamy do czynienia z tunelowaniem. Jeśli wyobrazimy sobie, że np. przed piłką ustawimy jakąś barierę, to zdajemy sobie sprawę, że bariera blokuje piłkę i ta nie przejdzie. Natomiast dzięki dowodowi tegorocznych laureatów wiemy już, że istnieje szansa, iż elektron może przejść przez taką barierę. W związku z tym dochodzimy do całkiem nowej elektroniki, w której mamy do czynienia z możliwością pokonywania przeszkód na poziomie kwantowym. Może to być pokazane na przykładzie nadprzewodnictwa. Np. prąd płynący w materiale może być uporządkowany i pokonywać barierę, dokonując przejścia przez nią – przyznał dr hab. Maciej Molas z Instytutu Fizyki Doświadczalnej, Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.
– To nagroda za przeniesienie efektów kwantowych z mikroświata do naszego makroświata. Obwody elektroniczne, które tu zaprezentowano, są widoczne gołym okiem, a prąd, który w nich płynie, jest w stanie nadprzewodzącym. Nadprzewodzenie to stan, w którym elektrony płyną bez oporu elektrycznego. To efekt kwantowy, który widzimy właśnie na poziomie makro. Przez wiele lat ludzie używali nadprzewodnictwa dlatego, że nadprzewodnik nie wytwarza ciepła i można za jego pomocą wytwarzać bardzo duże pola magnetyczne. Ale dopiero tegoroczni nobliści, w szczególności John Martinis, który w tej chwili jest zatrudniony w Google, postanowili użyć go subtelniej – do wykonywania obliczeń za pomocą układów elektronicznych. Może państwo słyszeli głośny medialny news z 2019 r., kiedy Google ogłosił, że zbudował procesor kwantowy, który pokonał najlepsze superkomputery klasyczne. Liderem tej grupy był właśnie John Martinis. Stworzył najbardziej efektywny kubit nadprzewodzący, czyli układ kwantowy, który jest jednostką informacji, tak jak w klasycznych obliczeniach bit – powiedział prof. dr hab. Rafał Demkowicz-Dobrzański z Instytutu Fizyki Teoretycznej, Wydziału Fizyki UW.
Efekty kwantowe
– Komputer kwantowy to pieśń przyszłości, jeśli chodzi o urządzenie, które będzie mogło rozwiązywać praktyczne problemy. Natomiast efekty kwantowe są używane w tej chwili codziennie, także w praktyce medycznej. Jeżeli ktoś z państwa będzie miał wykonywaną magnetoencefalografię, to warto pamiętać, że tam czujniki pola magnetycznego będą oparte na tzw. SQUID-zie, który został skonstruowany przez jednego z tegorocznych noblistów. Działa to na zasadzie nadprzewodzącej pętli z małą przerwą. Gdyby świat był klasyczny, prąd by nie płynął, ale ponieważ świat jest kwantowy, to przez tą pętelkę prąd może płynąć w sposób skwantowany. To umożliwia bardzo precyzyjny pomiar pola magnetycznego – wyjaśnił dr Grzegorz Łach z Instytutu Fizyki Teoretycznej, Wydziału Fizyki UW.
– Dodatkowe zastosowanie nagrodzonego odkrycia to konstruowanie bardzo precyzyjnych wzorców prądu elektrycznego, które możemy potem przenosić na inne zastosowania. Część z państwa pamięta, że pięć lat temu zmieniono definicję kilku jednostek fizycznych, w szczególności definicję kilograma. Kilogram nie jest już oparty na odważniku, lecz na urządzeniu, które każdy może skonstruować i które opiera się na złączu Josephsona. Jest to jedna z tych technologii, które zostały dziś nagrodzone – dodał.
Źródło: Centrum Współpracy i Dialogu UW, fot. Wikimedia Commons/ CC BY-SA 2./0 David Monniaux
