Нобелівська премія з фізики цьогоріч була присуджена американським ученим Джону Кларку, Мішелю Девору та Джону Мартінісу за відкриття ефектів макроскопічного квантового тунелювання та квантування енергії в електричних ланцюгах.
Про це розповідає ProIT
Експериментальне підтвердження квантового тунелювання у великих системах
Дослідники провели унікальні експерименти з електричним контуром, у яких вдалося зафіксувати значущі прояви квантово-механічного тунелювання та великі енергетичні рівні. Квантова фізика надає можливість частинкам долати бар’єри, які, згідно з класичною фізикою, є непереборними. У більшості випадків, коли у процесі бере участь багато частинок, квантові ефекти стають маловідчутними. Однак цьогорічні лауреати довели, що навіть у макроскопічних масштабах ці властивості не зникають.
«Експеримент Кларка, Девора та Мартініса підтвердив, що квантові ефекти не зникають на великих масштабах, якщо частинки перебувають у єдиному квантовому стані».
Від надпровідників до квантових технологій
У серії дослідів, проведених у 1984-1985 роках, вчені використали електронну схему з надпровідниками, розділеними тонким ізоляційним шаром — так званим ефектом Джозефсона. Це дозволило їм контролювати взаємодію хвильових функцій двох надпровідників і спостерігати унікальні явища під час проходження струму. Заряджені частинки, що рухалися через надпровідник, формували єдиний квантовий стан, який охоплював усю схему.
Система могла зберігатися у цьому стані, що дозволяло струму протікати без напруги. Саме у цей момент фіксувалися ефекти квантового тунелювання, які спричиняли короткочасні електричні імпульси. Під час подачі хвиль різної частоти на ланцюг науковці спостерігали переходи системи на вищі енергетичні рівні, що остаточно продемонструвало квантову природу явищ у макромасштабі.
Цей експеримент став першою у світі демонстрацією квантування енергії у відносно великій системі, яку можна було буквально тримати у руках. Дослідження американських фізиків підтвердило, що квантові ефекти залишаються значущими навіть у великих масштабах, якщо система перебуває у єдиному квантовому стані. Це відкриття дало значний поштовх для розвитку квантової криптографії, комп’ютерів та сенсорів нового покоління.
Для порівняння, у 2024 році Нобелівську премію отримали Джон Гопфілд і Джеффрі Гінтон за фундаментальні розробки у сфері машинного навчання, а у 2023-му — П’єр Агостіні, Ференц Крауш та Анн Л’Юльє за дослідження взаємодії лазерного світла з атомами.