Nobel z fizyki za elektronikę kwantową

We wtorek Komitet Noblowski ogłosił, że Nobla z fizyki otrzymają John Clarke, Michel Devoret oraz John Martinis. Wykazali oni, że tunelowanie kwantowe można zaobserwować w makroskali.

Fot. PAP/EPA/CHRISTINE OLSSON/TT

– Nobliści pokazali, jak zrobić obwody z nadprzewodników i połączyć je z efektem tunelowania. Tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki została przyznana za rozwój elektroniki kwantowej – powiedział komentator Tygodnia Noblowskiego fizyk z Uniwersytetu Warszawskiego, dr hab. Rafał Demkowicz-Dobrzański.

Laureaci przeprowadzili eksperymenty z obwodem elektrycznym, w których zademonstrowali zarówno tunelowanie kwantowo-mechaniczne, jak i skwantyzowane poziomy energii w układzie makroskopowym na tyle dużym, że można go trzymać w dłoni.

Dwa najważniejsze obszary zastosowań

Profesor Uniwersytetu Warszawskiego wyjaśnił, że jednym z najważniejszych praktycznych użyć takich obwodów są tzw. magnetometry SQUID, czyli niezwykle precyzyjne mierniki pola magnetycznego, używane m.in. w medycynie i badaniach naukowych. Badacz wyjaśnił, że jest to możliwe, bo układy nadprzewodzące niesłychanie silnie reagują na pole magnetyczne.

– Drugim obszarem zastosowań pomysłu noblistów są obliczenia kwantowe. Jeden z laureatów, John Martinis, kieruje zespołem Google pracującym nad procesorami kwantowymi. To imponujące osiągnięcia inżynieryjne, ale wciąż nie mamy jeszcze praktycznego komputera kwantowego – zaznaczył Demkowicz-Dobrzański.

Obecnie jednym z przykładów zastosowań technologii kwantowej są tranzystory we wszechobecnych mikroprocesorach komputerowych. Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki otwiera nowe możliwości w rozwoju kryptografii kwantowej, komputerów kwantowych i czujników kwantowych.

Efekty kwantowe i zjawisko nadprzewodnictwa

Fizyk wyjaśnił również, że podstawą badań nagrodzonych Noblem jest zjawisko nadprzewodnictwa, w którym prąd płynie bez żadnego oporu, co jest możliwe wyłącznie dzięki efektom kwantowym.

Autor: PAP/Mateusz Krymski

– To niesamowite: coś w skali mikro, czyli właśnie prawa kwantowe, (…) możemy zobaczyć w skali makro – w postaci prądu, który płynie zupełnie bez oporu elektrycznego – Samo zjawisko nadprzewodnictwa jest piękne. A nobliści jeszcze pokazali, jak je subtelnie wykorzystać, robiąc obwody z tych nadprzewodników z efektem tunelowania. W nadprzewodniku można więc wykonać przerwę, przez którą elektrony przechodzą w bardzo szczególny sposób – powiedział fizyk.

Profesor Uniwersytetu Warszawskiego przypomniał również, że rok 2025 to setna rocznica sformułowania mechaniki kwantowej i przyznanie nagrody doskonale wpisuje się w ten jubileusz.

– 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.

Laureaci nagrody Nobla z fizyki:

John Clarke, urodzony w 1942 roku w Wielkiej Brytanii. Doktorat obronił w 1968 roku na Uniwersytecie Cambridge, w laboratorium Cavendish. Obecnie profesor emerytowany (Professor Emeritus) na University of California.

Michel H. Devoret, urodzony w 1953 roku w Paryżu. Doktorat uzyskał w 1982 roku na Université Paris-Sud (obecnie część Université Paris-Saclay).
Obecnie profesor fizyki na Yale University oraz współpracownik Google Quantum AI jako Chief Scientist

John M. Martinis, urodzony w 1958 roku w USA. Doktorat obronił w 1987 roku na University of California. Obecnie profesor emerytowany na University of California.

Źródło: PAP