Nobel z fizyki 2025 dla Johna Clarka, Michela H. Devoreta i Johna M. Martinisa

Fizycy pracujący na amerykańskich uczelniach – John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis – zostali laureatami Nagrody Nobla z fizyki za odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowo-mechanicznego i kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym. Przyczyniło się ono do rozwoju kryptografii kwantowej i komputerów kwantowych.

Nobel z fizyki 2025

.Trudne do zrozumienia zjawiska kwantowe zachodzą zwykle na poziomie pojedynczych atomów. To na przykład superpozycja (cząstka może istnieć jednocześnie w wielu stanach/ wielu miejscach), dopóki nie zostanie zmierzona. Splątane kwantowo cząstki mogą być ze sobą powiązane w taki sposób, że stan jednej natychmiast wpływa na stan drugiej, niezależnie od odległości. Dzięki tunelowaniu kwantowemu cząstka może „przejść” przez barierę energetyczną, nawet jeśli nie ma wystarczającej energii, aby ją pokonać w tradycyjny sposób.

Jednym z fundamentalnych zagadnień w fizyce jest maksymalny rozmiar układu, który może zademonstrować efekty mechaniki kwantowej. Laureaci Nagrody Nobla 2025 przeprowadzili eksperymenty z obwodem elektrycznym, w których zademonstrowali zarówno tunelowanie kwantowo-mechaniczne, jak i skwantyzowane poziomy energii w układzie makroskopowym – w tym wypadku na tyle dużym, że można go trzymać w dłoni.

Eksperymenty z obwodem elektronicznym zbudowanym z nadprzewodników

.Mechanika kwantowa pozwala cząstce na bezpośrednie przejście przez barierę, wykorzystując proces zwany tunelowaniem. Gdy zaangażowana jest duża liczba cząstek, efekty mechaniki kwantowej zazwyczaj stają się nieistotne. Eksperymenty laureatów wykazały, że właściwości mechaniki kwantowej można urzeczywistnić w skali makroskopowej.

W latach 1984 i 1985 John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis przeprowadzili serię eksperymentów z obwodem elektronicznym zbudowanym z nadprzewodników – elementów, które mogą przewodzić prąd bez oporu elektrycznego. W obwodzie elementy nadprzewodzące były oddzielone cienką warstwą materiału nieprzewodzącego, w układzie znanym jako złącze Josephsona.

Udoskonalając i mierząc wszystkie właściwości swojego obwodu, tegoroczni nobliści byli w stanie kontrolować i badać zjawiska zachodzące podczas przepuszczania przez niego prądu. Razem naładowane cząstki poruszające się przez nadprzewodnik tworzyły układ, który zachowywał się tak, jakby były pojedynczą cząstką wypełniającą cały obwód.

Technologia kwantowa w mikroprocesorach

.Ten makroskopowy, cząstkowy układ znajdował się początkowo w stanie, w którym prąd płynie bez żadnego napięcia. Układ był uwięziony w tym stanie, niczym za barierą, której nie może przekroczyć. W eksperymencie układ wykazał swój kwantowy charakter, uciekając ze stanu zerowego napięcia poprzez tunelowanie. Pojawienie się napięcia ujawniło zmieniony stan układu.

Laureaci mogli również wykazać, że układ zachowuje się w sposób przewidywany przez mechanikę kwantową – jest skwantyzowany, co oznacza, że pochłania lub emituje jedynie określone ilości energii. – To wspaniałe, że możemy świętować to, jak stuletnia mechanika kwantowa nieustannie oferuje nowe niespodzianki. Jest to również niezwykle przydatne, ponieważ mechanika kwantowa stanowi fundament wszelkich technologii cyfrowych – powiedział Olle Eriksson, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie fizyki.

Jednym z przykładów zastosowań technologii kwantowej są tranzystory we wszechobecnych teraz mikroprocesorach komputerowych. Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki stworzyła możliwości rozwoju kolejnej generacji technologii kwantowej, w tym kryptografii kwantowej, komputerów kwantowych i czujników kwantowych. Werdykt ogłosił w dniu 7 października 2025 r. w Sztokholmie Komitet Noblowski. Nagrodą w wysokości 11 mln koron szwedzkich (ok. 4,2 mln zł) naukowcy podzielą się po równo.

Badania naukowe zmieniają nasz świat

.„Trudno jest przecenić rolę badań naukowych w tym, co osiągnęła nasza cywilizacja. Wyniki pracy naukowców spowodowały, że żyjemy dziś znacznie dłużej niż jeszcze sto lat temu, głód stał się udziałem wyłącznie osób mieszkających w krajach upadłych i nękanych wojnami, podróże po całym świecie są już dostępne prawie dla każdego, przynajmniej w krajach bogatszych, a tania łączność zmieniła życie miliardów ludzi, nawet w najbiedniejszych zakątkach naszego globu” – pisze we „Wszystko co Najważniejsze” Andrzej JAJSZCZYK, profesor nauk technicznych związany z AGH w Krakowie, członek Europejskiej Rady Doradczej Wydawnictwa Springer Nature, były wiceprzewodniczący Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC), pierwszy dyrektor Narodowego Centrum Nauki (NCN).

Jak podkreśla, „dzięki badaniom naukowym nie tylko wiemy, jak żyli nasi przodkowie tysiące lat temu, ale także, jak funkcjonują rynki i co wpływa na nasze zbiorowe działania. Nauka służy także zaspokajaniu naszej zwykłej, ludzkiej ciekawości, przy okazji pozwalając odkrywać rzeczy, które dają szanse na zmianę naszego życia na lepsze. Co prawda nie zawsze chcemy czy umiemy skorzystać z tego, co nam podpowiada nauka, ale w krajach, które to potrafią, żyje się na ogół znacznie lepiej niż tam, gdzie badania naukowe się lekceważy”.

.„Niestety, coś, co wielu nazywa postępem, ma też swoje ciemne strony. I jakkolwiek wyniki badań naukowych bywają używane także w złej wierze bądź ich niewłaściwe czy po prostu nierozumne zastosowanie prowadzi do opłakanych skutków, to nikt przy zdrowych zmysłach nie kwestionuje konieczności dalszego prowadzenia badań, chociażby po to, by walczyć ze wspomnianymi skutkami” – twierdzi prof. Andrzej JAJSZCZYK.

LINK DO TEKSTU: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/prof-andrzej-jajszczyk-europejskie-badania-naukowe/

PAP/Paweł Wernicki/MJ