Ogłoszono laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki

John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis są tegorocznymi laureatami Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki. Królewska Szwedzka Akademia Nauk doceniła ich za przełomowe odkrycia dotyczące makroskopowego tunelowania kwantowego oraz kwantyzacji energii w obwodach elektrycznych.

Jak podkreśla Komitet Noblowski, eksperymenty Clarke’a, Devoreta i Martinisa nie tylko pogłębiły naszą wiedzę o fundamentalnych prawach rządzących wszechświatem, ale także pokazały, że granica między światem kwantowym a makroskopowym jest bardziej płynna, niż dotąd sądziliśmy. Ich prace to nie tylko naukowa ciekawostka - to realny krok w stronę technologii, które już wkrótce mogą zmienić nasze życie. Już wykorzystujemy choćby mikroprocesory komputerowe. Laureaci otworzyli drzwi do komputerów kwantowych, kwantowej kryptografii czy zaawansowanych czujników kwantowych. To właśnie dzięki nim oczekujemy rewolucji w dziedzinie przetwarzania informacji, bezpieczeństwa danych czy precyzyjnych pomiarów.

Fizyka kwantowa od ponad stu lat nie przestaje fascynować i zaskakiwać naukowców i laików. Choć jej efekty najczęściej obserwujemy na poziomie atomów i cząstek elementarnych - tegoroczni laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki udowodnili, że zjawiska kwantowe mogą być widoczne także w systemach o rozmiarach makroskopowych, takich które można dosłownie trzymać w dłoni. To właśnie ich eksperymenty z układami elektronicznymi przyniosły odpowiedzi na jedno z fundamentalnych pytań współczesnej fizyki: jak duży może być system, w którym ujawniają się efekty kwantowe?

W centrum zainteresowania naukowców znalazło się zjawisko tunelowania kwantowego. To proces, w którym cząstka - wbrew zdrowemu rozsądkowi i klasycznej fizyce - potrafi "przeniknąć" przez barierę energetyczną, która powinna być dla niej nie do pokonania. W świecie codziennym, gdzie mamy do czynienia z ogromną liczbą cząstek, takie efekty z reguły zanikają, ustępując miejsca przewidywalnym prawom fizyki klasycznej. Jednak eksperymenty przeprowadzone przez Johna Clarke’a, Michela H. Devoreta oraz Johna M. Martinisa udowodniły, że kwantowe osobliwości mogą być widoczne także w dużo większych układach.

W latach 1984-1985 trójka naukowców skonstruowała specjalny obwód elektroniczny zbudowany z nadprzewodników - materiałów, które przewodzą prąd bez jakiegokolwiek oporu elektrycznego. Kluczowym elementem ich układu była tzw. złącze Josephsona, czyli cienka warstwa materiału nieprzewodzącego, oddzielająca dwa nadprzewodniki. To właśnie w takim środowisku możliwe stało się obserwowanie kwantowych efektów na skalę makroskopową.

W swoim eksperymencie badacze precyzyjnie kontrolowali i mierzyli wszystkie parametry obwodu, pozwalając na dogłębne zbadanie zjawisk zachodzących podczas przepływu prądu. Okazało się, że ładunki poruszające się przez nadprzewodnik zachowują się jak jeden, spójny układ - niemal jak pojedyncza cząstka wypełniająca cały obwód. W początkowym stanie system ten przewodzi prąd bez napięcia, jakby był "uwięziony" za barierą, której nie jest w stanie przekroczyć. Jednak dzięki zjawisku tunelowania kwantowego, system ten potrafi "przeskoczyć" przez tę barierę, co objawia się pojawieniem się napięcia w układzie.

To właśnie ten efekt - przejście z jednego stanu do drugiego dzięki tunelowaniu - był bezpośrednim dowodem na obecność kwantowych zjawisk w systemie o rozmiarach makroskopowych. Co więcej, laureaci wykazali, że ich układ pochłania i emituje energię tylko w ściśle określonych porcjach, dokładnie tak, jak przewiduje teoria kwantowa.

Rzeczywiście, otaczają nas już urządzenia, które nie mogłyby istnieć bez kwantowych zjawisk - wystarczy wspomnieć o tranzystorach w mikroprocesorach komputerowych. Jednak tegoroczne odkrycia otwierają drzwi do kolejnej generacji technologii: komputerów kwantowych, kwantowej kryptografii czy zaawansowanych czujników kwantowych. To właśnie dzięki takim badaniom możemy spodziewać się rewolucji w dziedzinie przetwarzania informacji, bezpieczeństwa danych czy precyzyjnych pomiarów.

To wspaniałe, że możemy świętować sposób, w jaki stuletnia mechanika kwantowa wciąż przynosi nowe niespodzianki. Jest to również niezwykle użyteczne, ponieważ mechanika kwantowa stanowi fundament całej technologii cyfrowej - podkreślił Olle Eriksson, przewodniczący Komitetu Noblowskiego ds. Fizyki.

Tydzień Noblowski jak zawsze przynosi wielkie emocje w świecie nauki. Poznaliśmy już pierwsze nazwiska laureatów - w dziedzinie medycyny oraz fizyki. Z zakresu medycyny, w poniedziałek wyróżnienie otrzymali Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell i Shimon Sakaguchi. Już jutro ogłoszeni zostaną laureaci w dziedzinie chemii.

Nagrodę Nobla przyznaje się w pięciu kategoriach, szósta - ekonomia wyróżnia się na tle pozostałych, gdyż nie była wskazana w testamencie fundatora. Oficjalnie nazywamy ją Nagrodą Banku Szwecji im. Alfreda Nobla w dziedzinie ekonomii.

Harmonogram ogłaszania laureatów prezentuje się następująco:

• 8 października (środa), godz. 11:45 Chemia (Królewska Szwedzka Akademia Nauk);
• 9 października (czwartek), godz. 13:00 Literatura (Sekretarz Akademii Szwedzkiej, Sala Giełdy na Starym Mieście, Sztokholm);
• 10 października (piątek), godz. 11:00 Pokojowa Nagroda Nobla (Komitet Noblowski w Oslo; w tym roku spośród 338 zgłoszeń);
• 13 października (poniedziałek), godz. 11:45 Nagroda Banku Szwecji im. Alfreda Nobla w dziedzinie ekonomii.