Nagroda Nobla z fizyki za przełom w elektronice kwantowej
John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis zostali laureatami Nagrody Nobla z fizyki za badania, które umożliwiły kontrolę zjawisk kwantowych w obwodach elektrycznych. Ich odkrycia stały się podstawą rozwoju kryptografii i komputerów kwantowych.
Tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki trafiła do trzech naukowców pracujących na amerykańskich uczelniach: Johna Clarke’a, Michela H. Devoreta i Johna M. Martinisa.
Komitet Noblowski uhonorował ich za odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowo-mechanicznego oraz kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym. Badania te otworzyły drogę do powstania nowoczesnych technologii kwantowych, w tym kryptografii kwantowej i komputerów kwantowych.
W latach 1984–1985 laureaci przeprowadzili serię eksperymentów z wykorzystaniem obwodu elektronicznego zbudowanego z nadprzewodników – materiałów przewodzących prąd bez oporu elektrycznego. Kluczowym elementem był układ znany jako złącze Josephsona, w którym dwie warstwy nadprzewodzące oddziela cienka warstwa izolatora.
“Czasami mówimy, że jakaś Nagroda Nobla z fizyki jest przyznana za badania teoretyczne lub eksperymentalne. Ale są nagrody, które się wyłamują z tego podziału. Tak jest z tą nagrodą: ona jest nagrodą za technologię” – powiedział dla Polskiej Agencji Prasowej dr Grzegorz Łach z Instytutu Fizyki Teoretycznej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.
Precyzyjne pomiary pozwoliły naukowcom kontrolować i badać zjawiska zachodzące w obwodzie podczas przepływu prądu. Okazało się, że cząstki poruszające się w nadprzewodniku tworzą układ zachowujący się jak pojedyncza cząstka obejmująca cały obwód.
Układ ten mógł pozostawać w stanie, w którym prąd płynie bez napięcia, jednak w wyniku tunelowania kwantowego przechodził do innego stanu, co powodowało pojawienie się napięcia. Zjawisko to potwierdziło kwantowy charakter obwodu i stanowiło bezpośredni dowód na występowanie makroskopowych efektów kwantowych.
Naukowcy wykazali również, że układ zachowuje się zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej – energia w obwodzie jest skwantowana, a więc może być pochłaniana lub emitowana jedynie w określonych porcjach.
Odkrycia Clarke’a, Devoreta i Martinisa przyczyniły się do stworzenia podstaw dla współczesnej elektroniki kwantowej. Technologie oparte na tych zjawiskach mają zastosowanie m.in. w czujnikach, kryptografii kwantowej oraz komputerach kwantowych, które są postrzegane jako przyszłość obliczeń o wysokiej złożoności.
