Nobel z fizyki 2025 wręczony. Uznanie dla „kwantowego charakteru energii w układzie obwodów”.

Fizycy działający na amerykańskich uniwersytetach – John Clarke, Michel H. Devoret oraz John M. Martinis – zostali uhonorowani Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowego i kwantyzacji energii w torze elektrycznym. Ich praca przyczyniła się do postępu w kryptografii kwantowej i komputerach kwantowych.

Złożone do pojęcia fenomeny kwantowe zwykle występują na poziomie pojedynczych atomów. Przykładem jest superpozycja (cząstka może istnieć równocześnie w kilku stanach/ wielu miejscach), aż do momentu pomiaru. Cząstki splątane kwantowo mogą być ze sobą splecione w taki sposób, że stan jednej natychmiast wpływa na stan drugiej, niezależnie od dystansu. Poprzez tunelowanie kwantowe cząstka może „przejść” przez barierę potencjału, nawet jeśli brakuje jej energii, aby ją tradycyjnie pokonać.

Jednym z zasadniczych problemów w fizyce jest największy rozmiar systemu, który może ukazywać efekty mechaniki kwantowej. Tegoroczni nagrodzeni Noblem wykonali doświadczenia z obwodem elektrycznym, w których zaprezentowali zarówno tunelowanie kwantowe, jak i zdyskretyzowane poziomy energii w układzie makroskopowym – w tym przypadku wystarczająco dużym, aby można go było utrzymać w ręku.

Mechanika kwantowa umożliwia cząstce bezpośrednie pokonanie bariery, korzystając z procesu znanego jako tunelowanie. W przypadku dużej ilości cząstek, efekty mechaniki kwantowej zazwyczaj stają się znikome. Doświadczenia laureatów dowiodły, że właściwości mechaniki kwantowej mogą być zrealizowane w skali makroskopowej.

BREAKING NEWS
The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the 2025 #NobelPrize in Physics to John Clarke, Michel H. Devoret and John M. Martinis “for the discovery of macroscopic quantum mechanical tunnelling and energy quantisation in an electric circuit.” pic.twitter.com/XkDUKWbHpz

— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 7, 2025

W latach 1984 i 1985 John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis przeprowadzili szereg eksperymentów z obwodem elektronicznym zbudowanym z nadprzewodników – komponentów, które mogą przewodzić prąd bez oporu elektrycznego. W obwodzie elementy nadprzewodzące były rozdzielone cienką warstwą materiału izolacyjnego, w układzie zwanym złączem Josephsona.

Ulepszając i mierząc wszelkie cechy swojego obwodu, tegoroczni nobliści mogli kontrolować i badać zjawiska zachodzące podczas przepuszczania przezeń prądu. Łącznie naładowane cząstki przemieszczające się przez nadprzewodnik formowały układ, który działał tak, jakby był pojedynczą cząstką wypełniającą cały obwód.

Ten makroskopowy, cząstkowy układ znajdował się początkowo w stanie, w którym prąd płynie bez żadnego napięcia. Układ był uwięziony w tym stanie, jakby za barierą, której nie jest w stanie przeskoczyć. W eksperymencie układ zademonstrował swój kwantowy charakter, wydostając się ze stanu zerowego napięcia poprzez tunelowanie. Pojawienie się napięcia ukazało zmieniony stan układu.

Laureaci mogli także udowodnić, że układ zachowuje się zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej – jest skwantyzowany, co znaczy, że absorbuje lub emituje tylko określone dawki energii.

– To fantastyczne, że możemy świętować to, jak stuletnia mechanika kwantowa nieprzerwanie oferuje nowe zaskoczenia. Jest to także wyjątkowo przydatne, gdyż mechanika kwantowa jest fundamentem wszelkich technologii cyfrowych – oznajmił Olle Eriksson, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie fizyki.

Przykładem zastosowań technologii kwantowej są tranzystory w powszechnych obecnie mikroprocesorach komputerowych. Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki wykreowała możliwości rozwoju kolejnej generacji technologii kwantowej, w tym kryptografii kwantowej, komputerów kwantowych i sensorów kwantowych.

Wyrok ogłosił we wtorek w Sztokholmie Komitet Noblowski. Nagrodę w wysokości 11 mln koron szwedzkich (ok. 4,2 mln zł) naukowcy podzielą się po równo.

Paweł Wernicki (PAP)

pmw/ bar/ lm/

Źródło