Nagrodzeni badacze zajmują się mechanika kwantową, a szczególnie pewnym jej fenomenem zwanym tunelowaniem. Otóż w świecie makroskopowym, którego elementy składają się z ogromnej liczby cząsteczek, jeśli rzucimy piłką w ścianę, ta na pewno odbije się od niej. Inaczej jest w świecie kwantów, w którym pojedyncza cząstka może czasami przeniknąć przez przeszkodę i objawić się po jej drugiej stronie. Zjawisko to nosi nazwę właśnie tunelowania kwantowego. Dzisiejsi laureaci otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie makroskopowego kwantowego mechanicznego tunelowania i kwantyfikacji energii w obwodzie elektrycznym. Czyli pokazali, że kwantowe tunelowanie może być obserwowane w makroskopowej skali.
Czego dokonali Clarke, Devoret i Martinis
W latach 1984 i 1985 wspólnie przeprowadzili serie eksperymentów w Berkeley. Zbudowali obwód elektryczny z dwoma nadprzewodnikami, komponentami, które mogą przewodzić prąd bez żadnego oporu elektrycznego. Oddzielili je cienką warstwą materiału, który w ogóle nie przewodził prądu, tzw. przerwą Josephsona. W tym eksperymencie wykazali, że są w stanie kontrolować i badać zjawisko, w którym wszystkie naładowane cząstki w nadprzewodniku zachowują się zgodnie, tak jakby były pojedynczą cząstką wypełniającą cały obwód. Ten podobny do cząstki układ jest uwięziony w stanie, w którym prąd płynie bez żadnego napięcia – stanie, w którym nie ma wystarczającej ilości energii, aby uciec. W eksperymencie układ pokazuje swój kwantowy charakter poprzez wykorzystanie tunelowania w celu ucieczki ze stanu zerowego napięcia, generując napięcie elektryczne. Laureatom udało się również wykazać, że system jest skwantowany, co oznacza, że pochłania lub emituje energię tylko w określonych ilościach.
Ten typ makroskopowego stanu kwantowego daje nowe możliwości eksperymentów z wykorzystaniem zjawisk rządzących mikroskopijnym światem cząstek. Można go traktować jako formę sztucznego atomu na dużą skalę – atomu, który można podłączyć do nowych zestawów testowych lub wykorzystać w nowej technologii kwantowej. Na przykład sztuczne atomy już są używane do symulacji innych systemów kwantowych i pomagają w ich zrozumieniu. Innym przykładem jest eksperyment z komputerem kwantowym przeprowadzony przez Johna Martinisa, w którym wykorzystał on dokładnie taką kwantyzację energii, jaką zademonstrował wraz z dwoma pozostałymi laureatami. Użył obwodu ze skwantowanymi stanami jako jednostkami informacyjnymi – bitem kwantowym. Najniższy stan energetyczny i kolejny większy funkcjonowały odpowiednio jako zero i jeden. Obwody nadprzewodzące są jedną z technik badanych w próbach skonstruowania przyszłego komputera kwantowego. Tegoroczni laureaci przyczynili się w ten sposób zarówno do osiągnięcia praktycznych korzyści w laboratoriach fizycznych, jak i do dostarczenia nowych informacji dla teoretycznego zrozumienia naszego świata fizycznego.
Laureaci Nagrody Nobla 2025
John Clarke urodził się w 1942 r.i jest z pochodzenia Brytyjczykiem, z kolei Michele H. Devoret (rocznik 1953) urodził się we Francji. Najmłodszy z nagrodzonych – John M. Martinis (rocznik 1958) – jest Amerykaninem i od początku tego wieku zajmuje się kubitami złącz Josepshona, co ma pomóc w budowie pierwszego komputera kwantowego.