Nobelovu cenu za fyziku dostali za objav v oblasti kvantovej mechaniky elektriny dostali traja vedci John Clark, Michel Devore a John Martinis

ŠTOKHOLM – Kráľovská švédska akadémia vied oznámila, že John Clark, Michel Devore a John Martinis získali Nobelovu cenu za fyziku za rok 2025 „za objav makroskopického kvantovo-mechanického tunelovania a kvantizácie energie v elektrickom obvode“.

Fyzika, zo starogréckeho jazyka φυσικός (fysikos) = “prirodzený” a φύσις (fysis) = “príroda”,  je prírodná veda o transformáciách energie v časopriestore a o vlastnostiach jej foriem a prejavov, akými sú napríklad hmota, jej pohyb, náboj a tiež sila, ktorou hmota medzi sebou pôsobí. Predmetom fyziky je látka, pole a fyzikálne javy.

Viac informácií o práci vedcov nájdete v tlačovej správe Nobelovho výboru. V tlačovej správe sa uvádza, že kľúčovou otázkou v modernej fyzike je maximálna veľkosť systému schopného demonštrovať kvantovo-mechanické efekty. Tohtoročný laureáti Nobelovej ceny vykonali experimenty s elektrickým obvodom, ktoré demonštrovali kvantovo-mechanický tunelovací efekt a energetické hladiny v systéme dostatočne veľkom na to, aby sa dal držať v ruke. „Je úžasné vidieť, ako kvantová mechanika – storočná teória – naďalej prináša nové prekvapenia. Je to tiež mimoriadne užitočné, pretože kvantová mechanika je základom digitálnych technológií,“ povedal Olle Eriksson, predseda Nobelovho výboru pre fyziku. Podľa tlačovej správy úspechy uznané tohtoročnou Nobelovou cenou za fyziku umožňujú vývoj kvantových technológií novej generácie vrátane kvantovej kryptografie, počítačov a senzorov. Práca laureátov spoločne transformovala kvantové výpočty z čisto akademickej disciplíny na rýchlo sa rozvíjajúcu technologickú oblasť. Kvantové tunelovanie je jav, pri ktorom kvantové častice môžu prechádzať cez bariéry, ktorých výška je väčšia ako energia častice. Je to ako objekt prechádzajúci cez stenu.

Umožňuje kvantovým systémom prechádzať z jedného stavu do druhého, priaznivejšieho, aj keď plynulý prechod medzi týmito stavmi vyžaduje prechod cez vysokoenergetický medzistav – „kopec“ – a energia systému nie je dostatočná na dosiahnutie tohto medzistavu. Tento proces je v klasickej mechanike nemožný, ale v kvantovej mechanike je možný. Pravdepodobnosť, že častica prejde cez energetickú bariéru, závisí od výšky bariéry, počiatočnej energie častice a ďalších parametrov systému. Pri veľkom počte častíc sa kvantovo-mechanické účinky zvyčajne stávajú zanedbateľnými. Experimenty laureátov preukázali, že kvantovo-mechanické vlastnosti možno konkrétne vyjadriť vo veľkom meradle. V rokoch 1984 a 1985 John Clark, Michel Devore a John Martinis vykonali experimenty s elektronickým obvodom skonštruovaným zo supravodičov – súčiastok schopných viesť prúd bez elektrického odporu. V obvode boli supravodivé komponenty oddelené tenkou izolačnou vrstvou (takýto kontakt medzi dvoma supravodičmi sa nazýva Josephsonov spoj).

Meraním rôznych vlastností obvodu boli fyzici schopní kontrolovať a študovať javy, ktoré sa vyskytujú pri prechode prúdu cez neho. Nabité častice pretekajúce supravodičom tvorili systém, ktorý sa správal, akoby boli jednou časticou vypĺňajúcou celý obvod. Tento makroskopický systém, podobný jednej častici, spočiatku existuje v stave, v ktorom prúd preteká bez napätia. Systém sa v tomto stave uväzní, akoby za bariérou, ktorú nemôže prekonať. V experimente systém odhalí svoju kvantovú povahu prekonaním stavu nulového napätia tunelovaním. Zmena stavu systému sa deteguje výskytom napätia. Laureáti tiež preukázali, že systém sa správa tak, ako predpovedá kvantová mechanika – je kvantovaný, čo znamená, že absorbuje alebo vyžaruje iba určité množstvo energie.

Clarke sa narodil v roku 1942 v Cambridge vo Veľkej Británii. Je absolventom Univerzity v Cambridge a v súčasnosti je profesorom experimentálnej fyziky na Kalifornskej univerzite v Berkeley v USA. V roku 2012 bol zvolený do Národnej akadémie vied USA. Jeho vedecká kariéra sa venovala experimentálnej fyzike a dosiahol prelom vylepšením jedného z najcitlivejších vedeckých prístrojov na svete – SQUID (supravodivý kvantový interferometer). Martinis sa narodil v roku 1958 a je absolventom Kalifornskej univerzity v Berkeley v USA. V súčasnosti je profesorom fyziky na Kalifornskej univerzite v Santa Barbare. Jeho tím bol priekopníkom vo vytváraní supravodivých qubitov – stavebných kameňov kvantového počítača – a ako prvý preukázal, že takéto systémy môžu v špecifických úlohách prekonať konvenčné počítače. V roku 2014 oznámilo laboratórium Quantum AI Lab spoločnosti Google dohodu s tímom vedeným Martinisom o zostavení kvantového počítača. Dévoré (narodený v roku 1961 v Paríži), profesor na Collège de France, poskytol kritický teoretický základ pre tieto experimentálne úspechy. Jeho práca na teórii dekoherencie (interakcia kvantového systému s jeho prostredím, pri ktorej sa kvantový stav systému nekontrolovateľne mení) a kvantovej korekcii chýb vysvetlila hlavnú prekážku teórie kvantových počítačov.