Nagroda Nobla z fizyki. W tym roku laureatami fizycy kwantowi
Komitet Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk ogłosił właśnie laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki. W 2025 r. nagrodę otrzymali John Clarke, Michel H. Devoret oraz John M. Martinis za odkrycia makroskopowego tunelowania mechanicznego oraz kwantyzację energii w obwodach elektrycznych.
Jednym z najbardziej fascynujących pytań współczesnej fizyki jest, jak duży może być układ, który wciąż wykazuje zjawiska kwantowe. Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki trafiła do naukowców, którzy udowodnili, że efekty kwantowe mogą występować nie tylko w mikroskopowych cząstkach, lecz także w układach na tyle dużych, że można je dosłownie trzymać w dłoni.
Mechanika kwantowa opisuje świat w sposób, który przeczy intuicji. Umożliwia m.in. zjawisko tunelowania, czyli przenikania cząstki przez barierę, której nie powinna pokonać, oraz kwantyzację energii – sytuację, w której układ może pochłaniać lub emitować jedynie ściśle określone porcje energii. Na co dzień efekty te zanikają, gdy w grę wchodzi ogromna liczba cząstek. Laureaci wykazali jednak, że można je zachować także w skali makroskopowej.
Czego dokonali laureaci Nagrody Nobla z fizyki?
W połowie lat 80. fizycy John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis przeprowadzili przełomowe eksperymenty z wykorzystaniem obwodu elektrycznego zbudowanego z nadprzewodników – materiałów przewodzących prąd bez żadnych strat energii. Elementy nadprzewodzące oddzielono niezwykle cienką warstwą izolatora, tworząc tzw. złącze Josephsona. Dzięki precyzyjnemu pomiarowi i kontroli wszystkich parametrów obwodu badacze mogli obserwować i sterować zjawiskami kwantowymi zachodzącymi w przepływającym prądzie.
W tym układzie poruszające się cząstki naładowane zachowywały się jak jeden wspólny obiekt kwantowy, rozciągający się na cały obwód. Początkowo system ten znajdował się w stanie, w którym prąd płynął bez wytwarzania napięcia – był uwięziony jak za niewidzialną barierą. W pewnym momencie jednak doszło do zjawiska tunelowania kwantowego: układ "przeniknął" przez barierę i przeszedł do nowego stanu, co ujawniło się pojawieniem się napięcia. Naukowcy potwierdzili również, że energia układu jest skwantowana, dokładnie tak, jak przewiduje teoria mechaniki kwantowej.
Jak podkreśla przewodniczący Komitetu Noblowskiego ds. Fizyki Olle Eriksson, mechanika kwantowa, choć liczy już ponad sto lat, nie przestaje zaskakiwać i inspirować nowych technologii. To właśnie ona stanowi podstawę całej współczesnej elektroniki – od tranzystorów w mikroprocesorach po lasery. Osiągnięcia tegorocznych laureatów otwierają drogę do kolejnej generacji technologii kwantowych.
