- Семидневная Панорама
Нобелевскую премию по физике 2025 года получили американские учёные: за что
Нобелевская премия по физике 2025 года присуждена американским учёным за открытие макроскопического квантового туннелирования и квантования энергии в электрической цепи. Фото: facebook.com/nobelprize
Королевская шведская академия наук объявила лауреатов Нобелевской премии по физике 2025 года. Престижную награду получили Джон Кларк, Мишель Х. Деворе и Джон М. Мартинис — «за открытие макроскопического квантового туннелирования и квантования энергии в электрической цепи».
Квантовая физика на микросхеме
Как отмечается в решении Нобелевского комитета, эксперименты трёх физиков «на микрочипе продемонстрировали квантовую физику в действии».
Главный вопрос, стоящий перед учёными на протяжении десятилетий, заключался в том, каков максимальный размер системы, в которой могут проявляться квантовомеханические эффекты.
Работы Кларка, Деворе и Мартиниса впервые доказали, что явления квантовой механики можно наблюдать и на макроскопическом уровне — в системе, достаточно большой, чтобы удерживать её в руке.
Прорыв: квантовое туннелирование в электрической цепи
В 1984-1985 годах лауреаты провели серию экспериментов с электрической цепью, созданной из сверхпроводников — материалов, проводящих ток без сопротивления.
Элементы цепи были разделены тонким слоем непроводящего вещества, образуя так называемый джозефсонов переход.
Измеряя и точно регулируя параметры схемы, учёные смогли контролировать поведение заряженных частиц, проходящих через сверхпроводник.
Они обнаружили, что множество электронов в цепи ведут себя как единая квантовая система, подобная одной частице, заполняющей весь контур.
Первоначально эта система находилась в состоянии, когда ток течёт без возникновения напряжения — словно «запертая» за энергетическим барьером. Однако в ходе эксперимента система преодолела этот барьер через квантовое туннелирование, проявив истинную квантовую природу.
Факт «побега» фиксировался появлением напряжения — напряжение служило сигналом того, что система изменила своё состояние.
Энергия, измеряемая квантами
Учёные также доказали, что их система действительно подчиняется законам квантовой механики, а именно — является квантованной: она может поглощать или излучать энергию только определёнными порциями, называемыми квантами.
Этот эффект ранее считался возможным лишь на уровне отдельных атомов и частиц, но не в макроскопических устройствах. Работа Кларка, Деворе и Мартиниса стала фундаментальным доказательством того, что квантовые явления могут существовать в системах заметных размеров.
От микрочипов — к квантовым компьютерам
Транзисторы, лежащие в основе современных компьютерных микросхем, — уже пример квантовой технологии, давно ставшей частью повседневной жизни.
Но, как подчёркивает Нобелевский комитет, исследования лауреатов 2025 года открывают путь к следующему поколению квантовых технологий — таким как:
- квантовые компьютеры;
- квантовая криптография;
- квантовые сенсоры и измерительные системы высокой точности.
Эксперименты Кларка, Деворе и Мартиниса стали важнейшей вехой в развитии макроскопической квантовой физики и подтвердили, что границы между «классическим» и «квантовым» мирами гораздо более размыты, чем считалось ранее.
Наталья Ротарь
Читайте также:
