Что это за загадочный квантовый туннель, за который сегодня вручили Нобеля?
Они работали над этим минимум 40 лет.
Лауреатами Нобелевской премии по физике 2025 года сегодня стали британец Джон Кларк, американец Джон М. Мартинис и француз Мишель Х. Деворе. Они получили премию за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи, пишет Би-би-си.
Как говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета, один из основных вопросов в физике — это максимальный размер системы, в которой могут проявляться квантово-механические эффекты. Лауреаты Нобелевской премии этого года провели эксперименты с электрической цепью, в которых продемонстрировали как квантово-механический туннельный эффект, так и квантованные уровни энергии в системе, достаточно большой, чтобы ее можно было взять в руки.
Квантовый туннель
Принципы квантовой механики позволяют частице проходить через барьеры с помощью механизма, называемого туннелированием. Но когда в процессе участвует большое количество частиц, квантово-механические эффекты обычно становятся незначительными. Лауреаты премии этого года экспериментально показали, что квантово-механические свойства могут проявляться на макроскопическом уровне.
В 1984 и 1985 годах Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис провели серию экспериментов с электронной схемой, построенной из сверхпроводников — компонентов, которые могут проводить ток без электрического сопротивления. В их схеме сверхпроводящие компоненты были разделены тонким слоем непроводящего материала — так называемый джозефсоновский контакт (эффект Джозефсона — это явление протекания сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника).
Совершенствуя и измеряя все различные свойства своей схемы, ученые смогли контролировать и исследовать явления, возникающие при прохождении тока через нее. Заряженные частицы, двигаясь через сверхпроводник, взаимодействовали так, как если бы они составляли одну частицу, заполняющую всю схему. Эта макроскопическая система, подобная частице, первоначально находится в состоянии, в котором ток течет без напряжения. Система как бы заперта в этом состоянии, как будто за барьером, который она не может преодолеть. В эксперименте система демонстрирует свой квантовый характер, умудряясь выйти из состояния нулевого напряжения посредством туннелирования. Изменение состояния системы обнаруживается по появлению напряжения.
Лауреаты также смогли продемонстрировать, что система ведет себя так, как и предсказывает квантовая механика — она поглощает или излучает только определенные количества (кванты) энергии. «Замечательно, что квантовая механика, которой уже сто лет, продолжает преподносить новые сюрпризы. Кроме того, она чрезвычайно полезна, поскольку является основой всех цифровых технологий», — сказал Олле Эриксон, председатель Нобелевского комитета по физике.
Транзисторы в микрочипах компьютеров — один из примеров квантовой технологии, которая нас окружает. Нобелевская премия по физике этого года открыла возможности для разработки квантовых технологий следующего поколения, включая квантовую криптографию, квантовые компьютеры и квантовые датчики.
Завтра будут названы нобелевские лауреаты по химии.
Комментарии