Нобелівська премія з фізики цьогоріч присуджена дослідникам Джону Кларку, Мішелю Девору та Джону Мартінісу за відкриття ефектів макроскопічного квантово-механічного тунелювання та квантування енергії в електричному ланцюзі. 

Кларк, Девор та Мартініс проводили експерименти з електричним контуром, демонструючи значні ефекти квантово-механічного тунелювання та достатньо великі квантовані рівні енергії. Квантова фізика дозволяє частинкам проходити через бар’єри у процесі, званому тунелюванням, тоді як класична фізика передбачає, що такі бар’єри непереборні для частинок.

Коли у процесі бере участь велика кількість частинок, квантово-механічні ефекти переважно стають незначними. Однак цьогорічні нобелівські лавреати з фізики експериментально показали, що квантово-механічні властивості не втрачаються у макроскопічному масштабі.

У 1984-1985 роках Кларк, Девор та Мартініс провели серію експериментів, використовуючи електронну схему з надпровідників з ефектом Джозефсона — тонким ізоляційним шаром між двома надпровідниками. Це дозволило контролювати взаємодію хвильових функцій двох надпровідників. Вдосконалюючи та вимірюючи всі властивості цієї схеми, науковці контролювали та досліджували явища, які виникали під час проходження струму. Заряджені частинки, які рухались через надпровідник, утворювали стан ніби однієї частинки, яка заповнювала всю схему.

Система зберігалась у цьому стані, дозволяючи струму протікати без напруги. При цьому дослідники фіксували ефекти квантового тунелювання, що створювало короткочасну напругу. Результати експериментів продемонстрували квантову природу у макромасштабі. Коли на ланцюг подавались хвилі різної частоти, деякі з них провокували перехід системи до вищих енергетичних рівнів.

Це стало першою демонстрацією квантування у доволі великій енергетичній системі, яку можна було б потримати у руках. Експеримент Кларка, Деворе та Мартініса підтвердив, що квантові ефекти не зникають на великих масштабах, якщо частинки перебувають у єдиному квантовому стані. Дослідження науковців значно підштовхнули розвиток квантової криптографії, квантових комп’ютерів та датчиків.

Нагадаємо, що у 2024 році Нобелівську премію отримали Джон Гопфілд і Джеффрі Гінтон за розробку методів, які лягли в основу сучасного машинного навчання.

У 2023 році Нобелівськими лавреатами стали П’єр Агостіні, Ференц Крауш та Анн Л’Юльє за виявлення нового ефекту від взаємодії лазерного світла з атомами в газі, який можна використовувати для створення коротших імпульсів світла, які виміряються в аттосекундах.

Джерело: Комітет Нобелівської премії