Ось що це означає простими словами:
- У класичній фізиці — та у нашому повсякденному житті — ми звикли: якщо наприклад куля летить в стіну, вона не пройде крізь неї, вона відскочить або зупиниться.
- У квантовій фізиці існує явище, яке називають тунелюванням: елементарна частинка може «пройти» крізь бар’єр, хоча за класичними правилами не має на це енергії.
- Раніше такі квантові ефекти вважалися релевантними лише для дуже маленьких систем — атомів, електронів і т. ін. Але ці три вчені показали, що навіть велика система — електричне коло з надпровідників — може поводитися як квантова система.
- Зокрема, вони побудували електричний чип із надпровідних елементів і показали на ньому:
- квантування енергії (система може бути лише в певних дискретних рівнях);
- тунелювання макроскопічного стану — тобто не лише окремої частинки, а великої системи, яка поводиться як єдине ціле, «проходить» через бар’єр.
- Іншими словами: вони показали, що дивна «квантова» поведінка не лише для мікросвіту, а може бути реалізована у великій (на людське уявлення) системі.
- Ці відкриття мають величезні наслідки: вони створили основу для нових технологій — наприклад, надпровідні «кубіти» (основні елементи квантового комп’ютера) та інші квантові електронні пристрої.
Отже: основна ідея в тому, що фізика квантового світу — яка раніше здавалася «запереченням» звичної реальності — перейшла в область, де ми можемо будувати пристрої, які ми можемо бачити й торкатися, і ці пристрої поводяться за законами квантової механіки.
Хто такі лауреати
 Джон Кларк народився 10 лютого 1942 року в Кембриджі, Англія. Професор фізики в Каліфорнійському університеті (Берклі). Впродовж 1980-х він керував групою досліджень, яка працювала над надпровідними електронними пристроями. Його внесок: він допоміг організувати і провести експерименти, які вивели квантову фізику на новий масштаб. У медіа його іноді називають «Godfather of superconducting electronics». Він був відзначений багатьма нагородами ще до Нобеля, і його внесок у розвиток надпровідної електроніки дуже великий. |
 Мішель Деворе народився 5 березня 1953 року в Парижі. Зараз професор фізики у Йельському університеті та у Каліфорнійському університеті (Santa Barbara). Він спеціалізується на квантовій електроніці, на надпровідних «квантових» схемах, і був одним із ключових експериментаторів, які довели: великі надпровідні схеми можуть поводитися як квантові системи. Коли дізнався про Нобеля — спочатку подумав, що це жарт. |
 Джон Мартініс народився у 1958 році в США. Отримав ступінь бакалавра і PhD з фізики в UC Berkeley, працював під керівництвом Джона Кларка. Працював над надпровідними схемами, які зараз лежать в основі квантових комп’ютерів. Наприклад, співпрацював із Google Quantum AI. Його докторська робота була присвячена «Макроскопічному квантовому тунелюванню і квантуванню рівнів енергії в джозефсонівському переході» – саме ця його робота стала ключовою для нагороди. |
Ілюстративні пояснення
З сайту The Nobel Prize
Коли ви кидаєте м’яч у стіну, ви можете бути впевнені, що він відскочить назад до вас.
Ви були б дуже здивовані, якби м’яч раптом з’явився з іншого боку стіни.
У квантовій механіці таке явище називається тунелюванням, і саме такі явища зробили квантову фізику відомою своєю дивною та нелогічною поведінкою.
Спочатку в експерименті немає жодної напруги. Це схоже на ситуацію, коли важіль перебуває у вимкненому положенні, і щось заважає перемкнути його у ввімкнене. Без впливу квантової механіки цей стан залишався б незмінним.
Раптом з’являється напруга. Це ніби важіль сам собою перемістився з «вимкнено» на «увімкнено», попри наявний бар’єр між цими станами. Те, що сталося в експерименті, називається макроскопічним квантовим тунелюванням.
Фізики вже майже сто років знають, що тунелювання є необхідним для певного типу радіоактивного розпаду — альфа-розпаду. Невелика частинка атомного ядра «проривається» крізь бар’єр і з’являється зовні ядра.
1. У звичайному провіднику електрони зіштовхуються між собою та з атомами матеріалу.
2. Коли матеріал стає надпровідником, електрони об’єднуються в пари — пари Купера — і створюють струм без опору. Проміжок на ілюстрації показує перехід Джозефсона.
3. Пари Купера можуть поводитися так, ніби вони всі є однією частинкою, яка заповнює все електричне коло. Квантова механіка описує цей колективний стан за допомогою спільної хвильової функції. Саме властивості цієї хвильової функції відіграють головну роль в експериментах лауреатів.
Джон Кларк, Мішель Деворе та Джон Мартініс створили експеримент, використовуючи надпровідне електричне коло. Чип, на якому було зібране це коло, мав розмір близько одного сантиметра. Раніше явища тунелювання та квантової квантизації енергії вивчалися у системах, що містили лише кілька частинок. У цьому ж випадку вони проявилися у квантовомеханічній системі, що складалася з мільярдів пар Купера, які заповнювали весь надпровідник на чипі. Таким чином, експеримент переніс квантові ефекти з мікроскопічного масштабу на макроскопічний.
Квантово-механічна система, що знаходиться за бар’єром, може мати різну кількість енергії, але може поглинати або випромінювати лише певні дискретні порції цієї енергії.
Така система є квантизованою. Тунелювання відбувається легше на вищому енергетичному рівні, ніж на нижчому, тому статистично система з більшою енергією утримується всередині бар’єра менше часу, ніж система з меншою енергією.
Чому це важливо
Дослідження показали, що правила квантового світу — не лише для мікрочастинок, а можуть діяти й на більш «великих» системах, які ми можемо створювати в лабораторії.
Це відкриває шлях до квантових технологій: надпровідні кубіти, квантові датчики, квантова криптографія.
Тобто працюючи над фундаментальною наукою — вони заклали основу для практичних пристроїв майбутнього.
Цей прорив також задає нову межу: скільки матеріалу чи скільки частинок може брати участь у квантовому процесі — раніше вважали, що чим більша система, тим більше вона «класична». Тут же показано: навіть великий електричний елемент може поводитися як квантовий.
Довідково
Нобелівська премія — це одна з найпрестижніших нагород у світі, яку щороку вручають за видатні досягнення в науці, літературі, медицині, економіці та за внесок у зміцнення миру.
Її заснував Альфред Нобель, шведський винахідник динаміту, який заповів свій статок на преміювання тих, хто «приніс найбільшу користь людству».
Вперше премію вручили у 1901 році. Лауреати отримують: медаль із профілем Альфреда Нобеля, диплом, грошову винагороду (у 2025 році — близько 11 мільйонів шведських крон, тобто понад 1 мільйон доларів).
Нагородження відбувається щороку 10 грудня — у день смерті Нобеля, у Стокгольмі (для більшості дисциплін) і в Осло (для Премії миру).
Тамара БЄЛИХ
Засновник та видавець