Прогнозы оправдались: Нобелевская премия по физике 2025 года присуждена выдающимся исследователям квантовой механики Джону Кларку, Мишелю Деворе и Джону Мартинису из Калифорнии. Еще в 1980-х годах они блестяще доказали, что уникальные явления квантового мира, прежде считавшиеся недостижимыми в макроскопических масштабах, вполне возможны. Это фундаментальное открытие стало отправной точкой для разработки первых квантовых компьютеров на сверхпроводниках.
Значение открытия лауреатов
Формулировка Нобелевского комитета, объявленная 7 октября – «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи» – звучит сложно. Однако ее суть можно выразить оптимистично и понятно: премия вручена за перенос удивительных законов квантовой механики из мира микрочастиц в наш большой мир, открыв новые горизонты технологий.
Работы троих физиков экспериментально доказали: уникальные свойства квантов, присущие отдельным микрочастицам (многие из которых невидимы даже в микроскопы), можно воплотить и наблюдать в объектах макромира.
Два ключевых феномена
В основе прорыва лауреатов лежат два фундаментальных квантовых явления: квантовое туннелирование и квантование энергии.
Квантовое туннелирование – удивительный эффект, характерный только для квантового мира. Частица, например, электрон, может преодолеть энергетический барьер, даже не имея достаточной для этого энергии. В классической физике такое немыслимо – мяч не перекатится через стену без должной силы. Квантовый же объект словно «просочится» сквозь преграду.
Квантование энергии означает, что в квантовых системах энергия не непрерывна, а существует строго определенными, неделимыми «порциями» — квантами.
Экспериментальный триумф
Величайшее достижение Кларка, Деворе и Мартиниса в том, что они продемонстрировали оба эффекта не на единичных частицах, а в специально созданной макроскопической электрической цепи. При охлаждении до сверхнизких температур эта цепь приобретала свойства единого квантового объекта!
Их новаторские эксперименты середины 1980-х, проведенные в Калифорнийском университете в Беркли и Санта-Барбаре, а также в Йельском университете, объединили глубокую теорию с передовыми методами эксперимента. Ученые создали сложные сверхпроводящие схемы: достаточно крупные, чтобы считаться макроскопическими, но идеально изолированные от внешних воздействий (тепловых шумов). С помощью прецизионных замеров при экстремально низких температурах им удалось контролировать и непосредственно наблюдать квантовое поведение своих цепей. Это стало убедительным доказательством применимости квантовой механики к крупным системам при правильных условиях. Их пионерские работы заложили краеугольный камень физики мезоскопических систем и стали основой для создания сверхпроводниковых кубитов – базовых элементов будущих квантовых компьютеров.
Развитие в России
Направления, отмеченные Нобелевской премией, активно развиваются и в России. Российский квантовый центр ведет исследования в области сверхпроводниковых кубитов и квантовых схем. Важной вехой стал 2015 год, когда ученые РКЦ вместе с коллегами из МФТИ, НИТУ «МИСиС» и ИФТТ РАН создали первый российский сверхпроводящий кубит. Эту тематику также разрабатывают многочисленные ведущие вузы и научные институты страны.
