W 2025 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki przyznano trzem naukowcom – Johnowi Clarke’owi, Michelowi H. Devoretowi oraz Johnowi M. Martinisowi. Laureaci przełamali kolejną barierę w zrozumieniu świata kwantów, pokazując, że zjawiska uznawane dotąd za typowo mikroskopowe mogą zachodzić również w większych, widocznych układach. Ich badania otwierają drogę do przyszłych technologii kwantowych, w tym komputerów, czujników i systemów komunikacji, które mogą zrewolucjonizować świat nauki i technologii.
O co dokładnie chodzi z tym odkryciem?
Tegoroczni laureaci zostali nagrodzeni za „odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowego i kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym”. W praktyce oznacza to, że naukowcy skonstruowali nadprzewodzący układ elektroniczny – m.in. z złączeniem Josephsona – w którym prąd mógł „tunelować” przez barierę izolacyjną, co w klasycznej fizyce byłoby niemożliwe. Co więcej, zjawisko to ujawniło, że energia w układzie przyjmuje wyraźne, dyskretne wartości, charakterystyczne dla mechaniki kwantowej.
To odkrycie jest o tyle przełomowe, że pozwoliło zaobserwować zjawiska kwantowe w układach wystarczająco dużych, by można je było mierzyć i obserwować bezpośrednio. Wcześniej podobne zachowania widziano wyłącznie w mikroskali atomowej. Dzięki pracy Clarke’a, Devoreta i Martinisa świat nauki otrzymał pierwszy dowód na to, że granica między światem klasycznym a kwantowym może być znacznie bardziej płynna, niż dotychczas sądzono.
Dlaczego to ważne dla technologii i nauki?
Znaczenie tego odkrycia wykracza daleko poza czysto teoretyczne rozważania. Wyniki badań laureatów stały się fundamentem dla rozwoju komputerów kwantowych, w których podstawową jednostką informacji jest kubbit. Dzięki ich eksperymentom udało się wykazać, że makroskopowe układy nadprzewodzące mogą zachowywać się jak „sztuczne atomy”, co oznacza, że mogą być kontrolowane i odczytywane w sposób kwantowy.
Odkrycie to umożliwiło rozwój czujników o niespotykanej czułości oraz komunikacji opartej na zjawiskach kwantowych, która w przyszłości może zapewnić całkowite bezpieczeństwo przesyłania danych. Zrozumienie zjawisk tunelowania i kwantyzacji w większej skali pozwala też projektować nowe układy elektroniczne, które działają znacznie szybciej i zużywają mniej energii. Technologia kwantowa coraz częściej postrzegana jest jako kluczowy element rozwoju cywilizacji w nadchodzących dekadach.
Kim są laureaci?
John Clarke urodził się w 1942 roku w Cambridge i jest profesorem fizyki na University of California w Berkeley. Jego badania skupiają się na zjawiskach nadprzewodnictwa i magnetometrii kwantowej. Michel H. Devoret, urodzony w 1953 roku w Paryżu, jest profesorem na Yale University, znanym ze swojej pracy nad układami Josephsona oraz projektowaniem kubitów. Z kolei John M. Martinis, profesor University of California w Santa Barbara, od lat współpracuje z firmą Google, uczestnicząc w rozwoju jednego z pierwszych działających komputerów kwantowych.
Trzej naukowcy współpracowali ze sobą od lat 80. i 90., kiedy rozpoczęli badania nad nadprzewodzącymi układami, w których udało im się zaobserwować zjawiska kwantowe w skali większej niż pojedyncze cząstki. Ich wspólna praca nie tylko poszerzyła granice fizyki, ale również stworzyła solidne podstawy pod rozwój całej współczesnej inżynierii kwantowej.
Jakie wyzwania przed nami?
Mimo ogromnego znaczenia tych odkryć, naukowcy podkreślają, że droga do praktycznego wykorzystania technologii kwantowych wciąż jest długa. Michel Devoret w jednym z wywiadów przyznał, że gdy dowiedział się o Nagrodzie Nobla, uznał to za żart – bo komputer kwantowy, o którym od lat się mówi, wciąż nie jest jeszcze w pełni rzeczywisty.
Wyzwania, które stoją przed badaczami, obejmują przede wszystkim skalowanie takich układów, by były stabilne i niezawodne, a także ograniczenie błędów wynikających z dekoherencji, czyli utraty kwantowego stanu w czasie. Niezwykle istotne jest również opracowanie metod pozwalających utrzymać delikatne stany kwantowe w zmiennych warunkach otoczenia. Dopiero po pokonaniu tych trudności możliwe będzie pełne wdrożenie technologii kwantowych w nasze codzienne życie.
Źródło:
- https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2025/summary/
- https://www.reuters.com/science/clarke-devoret-martinis-win-2025-nobel-prize-physics-2025-10-07/
- https://www.weforum.org/stories/2025/10/nobel-prize-winners-2025-why-their-work-matters/