Nagroda Nobla z Fizyki 2025: Trzej pionierzy przenieśli zjawiska kwantowe do świata elektroniki
John Clarke, Michel Devoret i John Martinis uhonorowani za przełomowe eksperymenty z tunelowaniem kwantowym i kwantyzacją energii w obwodach elektrycznych
W tym roku Komitet Noblowski wyróżnił trzech fizyków, którzy dokonali rzeczy niegdyś uznawanej za niemożliwą: przenieśli prawa mechaniki kwantowej — dotąd domenę atomów i cząstek elementarnych — do świata makroskopowych obwodów elektrycznych.
John Clarke (Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley), Michel Devoret (Yale University) i John Martinis (University of California, Santa Barbara) otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki 2025 za eksperymenty, które po raz pierwszy wykazały, że tunelowanie kwantowe i kwantyzacja energii mogą zachodzić w układach widocznych niemal gołym okiem.
Od atomu do obwodu — co właściwie odkryli?
W świecie kwantowym cząstki potrafią robić rzeczy, które łamią intuicję.
Elektron może „przeniknąć” przez barierę energetyczną, mimo że nie ma wystarczającej energii — to tunelowanie kwantowe.
Z kolei energia cząstki nie jest dowolna — występuje tylko w ściśle określonych porcjach, czyli kwantach.
Dotąd takie zjawiska obserwowano w mikroskopowych układach atomowych.
Laureaci Nobla z 2025 roku udowodnili jednak, że identyczne efekty można uzyskać w makroskopowych obwodach elektrycznych zbudowanych z nadprzewodników — przewodników, które w ekstremalnie niskich temperaturach (bliskich zera absolutnego) przewodzą prąd bez oporu.
Ich doświadczenia pokazały, że prąd elektryczny może „tunelować” przez obwód w sposób kwantowy, a energia takiego układu jest kwantyzowana — co oznacza, że makroskopowy obiekt zachowuje się jak gigantyczny atom.
Dlaczego to tak ważne?
Bo to właśnie fundament nowoczesnych komputerów kwantowych.
W komputerach klasycznych bit ma wartość 0 lub 1.
W komputerach kwantowych — dzięki zjawiskom takim jak superpozycja i tunelowanie — kubity mogą być jednocześnie w stanie 0 i 1, co daje wykładniczy wzrost mocy obliczeniowej.
Prace Clarke’a, Devoreta i Martinisa pozwoliły nie tylko zrozumieć te zjawiska, ale także zbudować obwody, które mogą stabilnie przechowywać i przetwarzać informację kwantową.
To dzięki takim eksperymentom powstały tzw. kubity nadprzewodnikowe — serce komputerów kwantowych firm takich jak Google, IBM czy Rigetti.
Ciekawostka
John Martinis kierował zespołem Google, który w 2019 roku ogłosił tzw. „supremację kwantową” — moment, w którym komputer kwantowy rozwiązał zadanie niewykonalne dla klasycznego superkomputera.
Michel Devoret z kolei opracował pionierskie układy „Josephson junctions” — elementy, które są dziś podstawą kubitów nadprzewodnikowych.
John Clarke od lat zajmuje się SQUID-ami — nadczułymi detektorami magnetyzmu wykorzystywanymi w medycynie (np. w magnetoencefalografii).
