Нобелевскую премию по физике 2025 г. присудили за наблюдение квантовых эффектов в макромире: открытие макроскопического квантовомеханического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи. О том, в чем фундаментальное и прикладное значение этих исследований, «Научная Россия» узнала у доктора физико-математических наук Алексея Михайловича Семихатова.
«Нобелевская премия по физике была присуждена за развитие нашего понимания фундаментальных квантовых эффектов. Квантовая механика лежит в основе существования мира и нас самих, но она контринтуитивна: там действуют совершенно другие, не похожие на наши правила. Применение и демонстрация туннельного эффекта, отмеченные в этом году Нобелевской премией, имеют фундаментальное значение: благодаря туннельному эффекту горят все звезды, он же отвечает и за радиоактивный распад ядер. Ученые экспериментально продемонстрировали туннельный эффект для мезоскопических состояний, то есть для достаточно большого числа квантовых объектов, собранных в определенном сверхпроводящем состоянии в сверхпроводящем контуре, когда они ведут себя как единое целое. <...> Очень важный момент: когда вы запираете квантовую систему в каком-то объеме, например пытаетесь “поселить” электрон рядом с атомным ядром в атоме, у вас возникают дискретные состояния. Достичь вашей цели оказывается возможным только при строго определенных состояниях энергии. Это абсолютно фундаментальное свойство мира — дискретность внутри атома — лежит в основе Вселенной и того, как мы понимаем ее. В эксперименте ученых дискретность была продемонстрирована в условиях, когда упомянутое мезоскопическое состояние заперто в сверхпроводящем контуре и в известном смысле упирается в стену, не проходимую классическими средствами... и тем не менее оно смогло протуннелировать! Важно и то, что в этом состоянии была явным образом зафиксирована сама по себе дискретность, то есть энергетические “ступеньки”. Это сугубо квантовомеханическое явление, и то, что оно было продемонстрировано на мезоскопическом состоянии, в свое время стало большим прогрессом и расширило наше понимание работы технологий и устройства квантовой механики в целом. Это один из подходов к созданию квантовых компьютеров: через сверхпроводящие колебательные контуры для реализации кубитов. Таким образом, вы создаете дискретные состояния в сверхпроводящем контуре (кубиты), а затем управляете ими. Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис стали пионерами в этой области знания. <...> Еще раз хочу подчеркнуть, что квантовое туннелирование — абсолютно фундаментальный для устройства Вселенной и неинтуитивный квантовый эффект, и в исследованиях, отмеченных Нобелевской премией 2025 г., он впервые был продемонстрирован для достаточно большой системы, а не только для отдельных атомов и атомных ядер».
Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
