Объявлены лауреаты Нобелевской премии по физике 2025 года

2025-10-08 11:00:00

Лауреатами Нобелевской премии по физике этого года стали Джон Кларк (John Clarke), Мишель Деворе (Michel H. Devoret) и Джон Мартинис (John M. Martinis) «за открытие макроскопического квантовомеханического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи».

Одной из фундаментальных проблем современной физики является установление предельных пространственных масштабов систем, демонстрирующих квантовомеханические свойства. В экспериментах, удостоенных Нобелевской премии, была исследована электрическая цепь макроскопического масштаба, в которой наблюдались как явление квантового туннелирования, так и существование дискретных энергетических уровней.

Эти достижения создают методологическую основу для разработки перспективных технологий следующего поколения, включая квантовую криптографию, квантовые вычислительные системы и прецизионные квантовые сенсоры.

Научные исследования в области квантовых вычислений и квантовой сенсорики активно развиваются и у нас в стране, в частности в Институте физики Национальной академии наук под руководством академика С.Я. Килина.

Пресс-релиз, популярное изложение и научное обоснование традиционно опубликованы на официальной странице объявления лауреатов Нобелевского комитета. Там же доступно интервью с Джоном Кларком, записанное сразу после объявления премии. Кроме того, на 15 октября обещана публикация материалов, связанных с возможным использованием рассказов о нобелевских достижениях в образовательном процессе (не только в университетах, но и в средних школах).

С русскоязычным описанием эксперимента можно ознакомиться в публикации издания N+1 «Нобелевскую премию по физике присудили за макроскопическое квантовое туннелирование и квантование энергии в электрических цепях».

Ниже, в Подробнее приводим перевод пресс-релиза.

Квантовая механика допускает возможность прохождения частицы сквозь потенциальный барьер посредством туннелирования. В системах с большим числом частиц квантовомеханические эффекты обычно становятся пренебрежимо малыми. Однако эксперименты лауреатов продемонстрировали возможность наблюдения квантовомеханических свойств на макроскопическом масштабе.

В 1984-1985 годах Джон Кларк, Мишель Х. Деворэ и Джон М. Мартинис выполнили серию экспериментов с электрической цепью на основе сверхпроводников — материалов, обладающих нулевым электрическим сопротивлением. В этой цепи сверхпроводящие слои были разделены тонким слоем диэлектрика, формируя джозефсоновский переход. Благодаря прецизионным настройкам и измерению параметров цепи исследователям удалось управлять и изучать явления, возникающие при прохождении электрического тока. Ансамбль заряженных частиц, движущихся в сверхпроводнике, формировал систему со свойствами, аналогичными поведению одной частицы, распределенной по всей цепи.

Данная макроскопическая система изначально находилась в состоянии при отсутствии напряжения. Система была стабилизирована в этом состоянии, как если бы оно было ограничено потенциальным барьером, который она не может преодолеть. В эксперименте система демонстрировала квантовые характеристики, осуществляя переход из состояния с нулевым напряжением посредством туннельного эффекта. Изменение состояния системы регистрировалось по возникновению напряжения.

Лауреатам также удалось продемонстрировать квантовомеханическое поведение системы, проявляющееся в поглощении и излучении строго дискретных порций энергии.

«Примечательно, что столетняя квантовая механика продолжает порождать новые неожиданные явления. Это имеет и существенное практическое значение, поскольку квантовая механика составляет фундамент всей цифровой технологии», — отмечает Олле Эрикссон, председатель Нобелевского комитета по физике.

Такие компоненты, как транзисторы в компьютерных микросхемах, представляют пример устоявшейся квантовой технологии, повсеместно распространенной в настоящее время. Присуждение Нобелевской премии по физике этого года открывает перспективы для разработки технологий следующего поколения, включая квантовую криптографию, квантовые компьютеры и квантовые сенсоры.