Кралската шведска академия на науките реши да присъди Нобеловата награда за физика за 2025 г. на Джон Кларк, Мишел Х. Деворе и Джон М. Мартинес „за откритието на макроскопичното квантово-механично тунелиране и квантуване на енергията в електрическа верига“.

Основен въпрос във физиката е какъв е максималният размер на система, която може да демонстрира квантово-механични ефекти. Тазгодишните лауреати на Нобеловата награда проведоха експерименти с електрическа верига, в които демонстрираха както квантово-механично тунелиране, така и квантовани енергийни нива в система, достатъчно голяма, за да се държи в ръка.

Квантовата механика позволява на частица да преминава директно през бариера, използвайки процес, наречен тунелиране. Веднага щом участват голям брой частици, квантово-механичните ефекти обикновено стават незначителни. Експериментите на лауреатите показаха, че квантово-механичните свойства могат да бъдат наблюдавани и в макроскопичен мащаб.

През 1984 и 1985 г. Джон Кларк, Мишел Х. Деворе и Джон М. Мартинес провеждат серия от експерименти с електронна схема, изградена от свръхпроводници – материали, които могат да провеждат ток без електрическо съпротивление. Във веригата свръхпроводящите компоненти са разделени от тънък слой непроводящ материал – установка, известна като Джозефсонов преход. Чрез усъвършенстване и прецизни измервания на различните свойства на веригата, те успяват да контролират и изследват явленията, които възникват при пропускане на ток през нея. Заредените частици, движещи се през свръхпроводника, образуват система, която се държи така, сякаш е една единствена частица, изпълваща цялата верига.

Тази макроскопична система, подобна на частица, първоначално е в състояние, в което токът тече без никакво напрежение. Системата е „затворена“ в това състояние, сякаш зад бариера, която не може да премине. В експеримента тя показва квантовия си характер, като успява да излезе от състоянието с нулево напрежение чрез тунелиране. Промяната се открива чрез появата на напрежение.

Лауреатите успяват също така да демонстрират, че системата се държи по начина, предсказан от квантовата механика – тя е квантована, което означава, че абсорбира или излъчва само определени количества енергия.

„Чудесно е да можем да отпразнуваме начина, по който вековната квантова механика непрекъснато предлага нови изненади. Това е и изключително полезно, тъй като квантовата механика е основата на всички цифрови технологии“, казва Оле Ериксон, председател на Нобеловия комитет по физика.

Транзисторите в компютърните микрочипове са един пример за утвърдената квантова технология, която ни заобикаля. Тазгодишната Нобелова награда за физика открива нови възможности за разработване на следващото поколение квантова технология – включително квантова криптография, квантови компютри и квантови сензори.