1984 ir 1985 metais Kalifornijos universitete Berklyje Johnas Clarke'as, Michelis Devoret ir Johnas Martinis atliko eksperimentus, demonstruodami makroskopinį kvantinį tuneliavimą ir energijos kvantavimą Džozefsono sandūroje – superlaidžioje elektros grandinėje, pakankamai mažoje, kad rankoje tilptų. Šie eksperimentai parodė kvantinius efektus, anksčiau stebėtus tik atominiu mastu, vykstančius didesnėje sistemoje, ir padėjo pamatus šiuolaikinei kvantinei kompiuterijai. Už jų darbą jie gavo 2025 m. Nobelio fizikos premiją.
Eksperimentai
Superlaidi grandinė:
Mokslininkai sukūrė elektroninę grandinę iš dviejų superlaidininkų, atskirtų plonu, nelaidžiu sluoksniu, sudarydami Džozefsono sandūrą.
Kvantinis tuneliavimas:
Eksperimentas parodė, kad elektronai gali „tuneliuotis“ pro barjerą, praeidami pro jį taip, tarsi jo ten nebūtų.
Energijos kvantavimas:
Jie taip pat parodė, kad grandinės energija sugeria arba išskiria energiją tam tikrais, „fiksuotais“ paketais, įrodydami kvantuotą energijos pobūdį – pagrindinę kvantinės mechanikos koncepciją.
„Trys JAV profesoriai laimėjo Nobelio fizikos premiją už darbą, kuris leido sukurti makroskopines kvantines sistemas, kvantinių kompiuterių ir kitų technologijų pagrindą.
Johnas Clarke'as, Michelis H. Devoret ir Johnas M. Martinis pasidalins premija.
„Šiandien nėra pažangios technologijos, kuri nebūtų paremta kvantine mechanika ir kvantine fizika“, – antradienį vykusioje paskelbimo ceremonijoje sakė Nobelio fizikos komiteto pirmininkas Olle Erikssonas.
Nobelio premijos laureatų trijulės darbas leido kitiems tyrėjams sukurti kvantinius bitus arba kubitus, kurie yra pagrindiniai informacijos saugojimo ir perdavimo vienetai kvantinėje kompiuterijoje. Be kubitų tokios įmonės kaip „Google“ ir IBM negalėtų sukurti kai kurių šiandien galingiausių kvantinių kompiuterių.
„Jų darbas yra fundamentinis tyrimas, kurio reikėjo, kad pasiektume tašką, kai pradėjome suprasti, jog potencialiai galime sukurti kvantinius kompiuterius“, – teigia Gregory Quirozas, kvantinės informacijos mokslininkas iš Johnso Hopkinso universiteto Taikomosios fizikos laboratorijos.
Nors jie išlieka Vykdomi darbai rodo, kad kvantiniai kompiuteriai žada būti greitesni už tradicinius kompiuterius optimizavimo problemoms spręsti, pavyzdžiui, ieškant efektyvesnių tiekimo grandinių variantų ar kuriant naujus vaistus.
„Žmonės mano, kad kvantinė mechanika yra kažkas, kas susiję su atomais ir dalykais, vykstančiais labai mažais atstumais.“ „Tačiau ši premija iš tikrųjų parodė, kad kvantinė mechanika gali būti pritaikyta gyvenamojo pasaulio mastu“, – teigė Amerikos fizikų draugijos generalinis direktorius Jonathanas Baggeris.
Grupės tyrimai apėmė mikroskopinio pasaulio pavertimą matomu.
Makroskopinius objektus – tuos, kurie matomi plika akimi – valdo klasikinė mechanika: jų ateitis yra užtikrintai nuspėjama, jei žinote pradines sąlygas. Tačiau mikroskopinius objektus, tokius kaip elektronai ir atomai, valdo kvantinė mechanika, kur numatomi rezultatai yra pagrįsti tikimybėmis ir atsitiktinumu, padėdami mokslininkams suprasti skirtumą tarp atomų ir kasdienių objektų elgesio.
Klasikinėje mechanikoje į sieną mestas kamuolys visada atšoks. Tačiau kvantinėje mechanikoje į sieną mestas elektronas kartais praeina, teigia Davidas Havilandas, nanostruktūrų fizikos profesorius Karališkajame technologijos institute Stokholme. Šis procesas vadinamas tuneliavimu.
Paprastai, kai dalyvauja daug dalelių, kvantinės mechanikos efektai tampa nereikšmingi, tačiau trijų Nobelio premijos laureatų darbai parodė, kad tuneliavimas gali vykti didesniu mastu, nei manyta įmanoma.
Kalifornijoje devintojo dešimtmečio viduryje jie atliko eksperimentų seriją, kurios metu pademonstravo keletą kvantinės mechanikos savybių, įskaitant tuneliavimą, makroskopiniu mastu veikiančioje elektros sistemoje, pakankamai didelėje, kad laikyti rankoje.
„Kai šie eksperimentai buvo atlikti, tai išties sukėlė mokslo įdomybę“, – sakė Havilandas, kuris taip pat yra Švedijos karališkosios mokslų akademijos narys. „Šis makroskopinės kvantinės fizikos reiškinys dabar yra daugelio technologijų plėtros pagrindas.“
Kiti kvantine mechanika pagrįstų technologijų pavyzdžiai yra tranzistoriai, kurie yra pagrindiniai šiuolaikinių kompiuterių ir mobiliųjų telefonų elementai, taip pat magnetinio rezonanso tomografija ir atominiai laikrodžiai.
Britas Clarke'as dirba Kalifornijos universitete Berklyje; prancūzas Devoret dirba Jeilio universitete ir Kalifornijos universitete Santa Barbaroje; o amerikietis Martinis dirba Kalifornijos universitete Santa Barbaroje.
Devoret ir Martinis abu dirbo „Google“ ir atliko kvantinių skaičiavimų tyrimus.“ [1]
1. U.S. News: Quantum Breakthroughs Bring Nobel Prize. Woodward, Aylin. Wall Street Journal, Eastern edition; New York, N.Y.. 08 Oct 2025: A3.
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą