Три физика — британец Джон Кларк, американец Джон Мартинис и француз Мишель Деворе — получили Нобелевскую премию по физике 2025 года за экспериментальное доказательство квантового туннелирования и квантования энергии в макроскопических системах. Проще говоря, они показали, что квантовые эффекты проявляются не только на уровне отдельных атомов, но и в устройствах, достаточно больших, чтобы их можно было держать в руках. Премия составила 1,2 миллиона долларов на троих. За последнее десятилетие уже в третий раз получают Нобелевскую премию ученые, занимающиеся исследованиями в области квантовой физики.
Лауреаты работали со специальными электрическими цепями на основе сверхпроводников — материалов, которые при экстремально низких температурах проводят ток без сопротивления. В центре их экспериментов находится так называемый джозефсоновский переход, два сверхпроводника, разделённых изолирующим слоем толщиной всего в несколько атомов.
В такой системе они наблюдали два фундаментальных квантовых эффекта. Первый — квантовое туннелирование: энергия может преодолевать барьеры, которые согласно классической физике непреодолимы. Это похоже на ситуацию, когда шар не может перекатиться через холм из-за недостатка скорости, но в квантовом мире он внезапно оказывается на другой стороне, словно прошёл напрямик сквозь препятствие.
Второй эффект — квантование энергии: в такой цепи энергия не может иметь произвольные значения. Она существует только на определённых уровнях, как ступени на лестнице — можно стоять на первой, второй или третьей ступени, но не в промежутке между ними. В обычной классической физике энергия меняется плавно и непрерывно, принимая любые значения. В квантовом мире она скачкообразна — это одно из ключевых отличий микромира от привычной нам реальности.
До исследования Нобелевских лауреатов эти явления наблюдались только в микромире — на уровне отдельных электронов и атомов. Кларк, Деворе и Мартинис доказали, что в правильно сконструированных макроскопических устройствах квантовая механика работает так же.
Эта работа, безусловно, станет фундаментом для развития квантовых компьютеров. Современные квантовые процессоры от Google, IBM и других компаний используют именно сверхпроводящие кубиты (квантовые биты) на джозефсоновских переходах — те самые системы, которые исследовали ученые.
Квантовые компьютеры способны решать задачи, принципиально недоступные классическим машинам: факторизация больших чисел для криптографии, моделирование квантовых систем для разработки новых материалов и лекарств, оптимизация сложных логистических цепочек. Кроме того, на основе этих эффектов создаются сверхчувствительные квантовые сенсоры для медицинской диагностики, геологоразведки и фундаментальных исследований.
Открытие лауреатов показало, что квантовую механику можно масштабировать и контролировать в инженерных системах. Это переход от теоретической физики к квантовым технологиям.
Джон Кларк — профессор Калифорнийского университета в Беркли, один из ведущих специалистов по квантовым измерениям. Мишель Деворе — профессор Йельского университета, эксперт в области сверхпроводимости. Джон Мартинис — профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, известный своими работами по созданию квантовых процессоров.
Их исследования дополняли друг друга, формируя комплексное понимание макроскопических квантовых эффектов. Работая в разных университетах и с разными подходами, они независимо пришли к результатам, которые в совокупности изменили представление о границах применимости квантовой механики.
Премия 2025 года отмечает переход от наблюдения квантовых эффектов в микромире к их контролируемому использованию в макроскопических устройствах. Лауреаты доказали, что квантовая механика — не научная экзотика, а инструмент для создания новых технологий. Их работы закладывают экспериментальную базу для квантовых вычислений и открывают путь к практическому применению квантовых принципов в инженерии.
