Нобелевскую премию по физике присудили за открытие в квантовой механике

Москва. 6 октября. INTERFAX.RU - Лауреатами Нобелевской премии по физике за 2025 год стали Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис, объявила Шведская королевская академия наук. Премия присуждена "за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи". Подробнее о работе ученых можно узнать из пресс-релиза Нобелевского комитета.

В пресс-релизе отмечают, что важнейший вопрос современной физики – вопрос максимального размера системы, способной продемонстрировать квантово-механические эффекты. Лауреаты Нобелевской премии этого года проводили эксперименты с электрической цепью, которые демонстрировали квантово-механический туннельный эффект и энергетические уровни в системе достаточно крупной, чтобы ее можно было держать в руках.

"Чудесно наблюдать за тем, как квантовая механика – теория возрастом в век – продолжает приносить новые сюрпризы. Она также чрезвычайно полезна, потому что квантовая механика – основа цифровых технологий", - заявил председатель Нобелевского комитета по физике Олле Эрикссон.

Согласно пресс-релизу, достижения, за которые выдана Нобелевская премия по физике в этом году, позволяют развивать следующее поколение квантовых технологий, в том числе квантовые криптографию, компьютеры и датчики. Вместе работы лауреатов превратили квантовые вычисления из чисто академической дисциплины в стремительно развивающуюся технологическую область.

Квантовое туннелирование — это эффект, при котором квантовые частицы могут проходить через барьеры, высота которых больше, чем энергия частиц. Это своего рода прохождение какого-то объекта сквозь стену. Благодаря нему квантовые системы могут переходить из одного состояния в другое, более выгодное, даже если плавный переход между этими состояниями требует пройти через высокоэнергетическое промежуточное состояние - "холм" -, а энергии системы заведомо не хватает, чтобы это промежуточное состояние достигнуть. Этот процесс невозможен в классической механике, но допускается в квантовой. Вероятность того, что частица сможет пройти энергетический барьер, зависит от высоты этого барьера, начальной энергии частицы и других параметров системы. При большом числе частиц квантово-механические эффекты обычно становятся незначительными.

Эксперименты лауреатов показали, что квантово-механические свойства можно конкретизировать в большом масштабе. В 1984 и 1985 годах Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис провели эксперименты с электронной цепью, построенной из сверхпроводников – компонентов, способных проводить ток без электрического сопротивления. В цепи сверхпроводящие компоненты были разделены тонким изолирующим слоем (такой контакт двух сверхпроводников называется джозефсоновским переходом). Измеряя различные свойства цепи, физики смогли контролировать и исследовать явления, возникающие при пропускании через нее тока. Заряженные частицы, идущие через сверхпроводник, составляли систему, которая вела себя так, как если бы они были единой частицей, заполняющей всю цепь.

Эта макроскопическая система, подобная единой частице, изначально находится в состоянии, в котором ток протекает без напряжения. Система оказывается запертой в этом состоянии, словно за барьером, который она не может преодолеть. В эксперименте система проявляет свою квантовую природу, преодолевая состояние нулевого напряжения посредством туннелирования. Изменение состояния системы регистрируется по появлению напряжения.

Лауреатам также удалось показать, что система ведет себя так, как предсказывает квантовая механика – она квантуется, то есть поглощает или испускает только определенное количество энергии.

Кларк родился в 1942 году в Кембридже, Великобритания. Выпускник Кембриджского университета; в настоящее время - профессор экспериментальной физики в Калифорнийском университете в Беркли, США. В 2012 году избран членом Национальной академии наук США. Его научная карьера была посвящена экспериментальной физике, и именно он совершил прорыв, усовершенствовав один из самых чувствительных научных приборов в мире - СКВИД (сверхпроводящий квантовый интерферометр).

Мартинис родился в 1958 году, выпускник Калифорнийского университета в Беркли, США. В настоящее время – профессор физики в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Его команда стала пионерами в создании сверхпроводящих кубитов – базовых элементов квантового компьютера, и именно она первой продемонстрировала, что такие системы могут превосходить обычные компьютеры в решении специфических задач. В 2014 году подразделение компании Google Quantum AI Lab объявило о заключении сделки о создании квантового компьютера с командой во главе с Мартинисом.

Деворе (родился в 1961 году, Париж) – профессор Коллеж де Франс, предоставил критически важный теоретический фундамент для этих экспериментальных успехов. Его работы по теории декогеренции (взаимодействие квантовой системы с окружающей средой, при котором квантовое состояние системы неконтролируемо изменяется) и квантовой коррекции ошибок объяснили главное препятствие на пути создания квантовых компьютеров – хрупкость квантовых состояний – и предложили математические методы для их устранения.

Объявленные лауреаты

В прошлом году Нобелевскую премию по физике присудили американскому ученому Джону Хопфилду и британо-канадскому ученому Джеффри Хинтону за "основополагающие открытия и изобретения, которые сделали возможным машинное обучение с использованием искусственных нейросетей". В 2023 году награды удостоились Пьер Агостини, Ференц Крауш и Анн Л'Юилье "за экспериментальные методы генерации аттосекундных импульсов света для изучения динамики электронов в веществе". В 2022 году премию получили французский ученый Ален Аспе, американский физик Джон Клаузер и австрийский ученый Антон Цайлингер за исследования в квантовой механике – за "эксперименты с запутанными фотонами, исследование нарушений неравенств Белла и работы по квантовой информатике".

Вчера, 6 октября, объявили лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине. Награды удостоены американские ученые Мэри Брунков и Фред Рамсделл, а также японский ученый Симон Сакагучи за "открытия, касающиеся периферической иммунной толерантности", которая не дает иммунной системе наносить вред организму.

В среду, 8 октября, объявят Нобелевского лауреата по химии.