Как и предполагали некоторые прогнозисты, Нобелевская премия по физике – 2025 досталась разработчикам в области квантовой механики. Ее присудили ученым из Калифорнии Джону Кларку, Мишелю Деворе и Джону Мартинису. Еще в 1980-х они доказали миру, что казавшийся тогда невоспроизводимым в макромире мир квантовых превращений возможен, чем и положили начало разработке первых квантовых компьютеров на сверхпроводниках.
С квантовыми технологиями всегда очень сложно разбираться. Вот и произнесенная 7 октября формулировка Нобелевского комитета – «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи» – в первую минуту повергает в легкое оцепенение. Но начинаешь разбираться и понимаешь, что, по сути, эти непонятные слова можно обобщить так: Нобелевку по физике в этом году дали за продвижение квантовой механики в жизнь. Ну, поехали разбираться.
Трое ученых провели серию экспериментов, чтобы показать, что особые свойства квантового мира с его единичными микрочастицами (некоторые из которых трудно разглядеть даже в микроскоп), можно воплотить в макромире.
Вот как пояснил «МК» работу нобелиатов сотрудник кафедры вычислительной физики МФТИ Игорь Воронцов:
– В основе работы лауреатов лежат два фундаментальных квантовых явления: квантовое туннелирование и квантование энергии.
Туннелирование – это явление, свойственное квантовой механике, но противоречащее классической физике. Микрочастица (например, электрон) при туннелировании преодолевает потенциальный барьер, даже если ее энергии для этого недостаточно.
В классической физике объект, например, мяч, не может преодолеть стену, если у него недостаточно энергии, чтобы пробить ее. Квантовая частица может «просочиться» сквозь энергетический барьер, как будто бы прошла сквозь стену.
Теперь разберемся с квантованием энергии. Этот термин означает, что энергия в квантовой системе может существовать только в виде отдельных «порций» неделимых «квантов» (в обычном мире энергия может быть представлена в виде непрерывного диапазона значений).
Ключевое достижение Кларка, Деворе и Мартиниса состоит в том, что они экспериментально продемонстрировали эти два эффекта не с отдельными частицами, а в макроскопической системе — специально созданной электрической цепи. Эта цепь, охлажденная до сверхнизких температур, начинала вести себя как единый квантовый объект.
Исследования, удостоенные Нобелевской премии, были проведены в середине 1980-х годов. Кларк проводил свои исследования в Калифорнийском университете в Беркли, Мартинис – в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, Деворе – в Йельском университете, а также в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Ученые объединили теоретические предсказания с передовыми экспериментальными техниками. Они смогли спроектировать и изготовить сложные сверхпроводящие электрические схемы, которые были достаточно большими, чтобы считаться макроскопическими, но при этом были достаточно изолированы от внешних «шумов» (таких, как тепловые колебания), чтобы сохранить свои хрупкие квантовые свойства. Проводя серию точных измерений при сверхнизких температурах, они смогли контролировать и наблюдать квантовое поведение своих цепей. Их эксперименты стали убедительным доказательством того, что квантовая механика применима и к большим системам, если создать для этого правильные условия. Эти новаторские работы заложили основу для области, которая сегодня известна как физика мезоскопических систем и является фундаментом для разработки сверхпроводниковых кубитов — строительных блоков для квантовых компьютеров.
– Проводятся ли работы по сверхпроводниковым квантовым системам в России?
– В Российском квантовом центре есть научные группы, которые занимаются сверхпроводниковыми кубитами и квантовыми схемами, что является прямым продолжением исследований, отмеченных Нобелевской премией. В 2015 году ученые РКЦ совместно с коллегами из МФТИ, НИТУ «МИСиС» и ИФТТ РАН создали первый в России сверхпроводящий кубит. Помимо РКЦ исследования в этих областях проводятся во многих ведущих вузах и НИИ страны.
Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
