Нобелевскую премию по физике 2025 года присудили за открытие макроскопического квантового туннелирования

Королевская шведская академия наук присудила Нобелевскую премию по физике 2025 года американским ученым Джону Кларку (Калифорнийский университет в Беркли), Мишелю Деворе (Йельский университет и Калифорнийский университет в Санта-Барбаре) и Джону Мартинису (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре). Лауреаты удостоены награды «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи».

Исследователи провели серию экспериментов, которые показали, что законы квантовой физики могут проявляться не только на уровне отдельных частиц, но и в системах, достаточно больших, чтобы держать их в руке. Их работа впервые позволила наблюдать квантовые эффекты в электрической цепи — на чипе, собранном из сверхпроводников.

Главным элементом этих экспериментов стала так называемая джозефсоновская переходная структура — сверхпроводник, разделённый тонким слоем изолятора. При пропускании тока через такую систему учёные зафиксировали два фундаментальных явления: туннелирование, когда система «просачивается» сквозь энергетический барьер, и квантование энергии — способность поглощать или излучать строго определённые порции.

Обычно квантовые эффекты исчезают, когда в системе участвуют миллионы частиц, но в опытах Кларка, Деворе и Мартиниса все они вели себя как единое целое — словно одна гигантская частица, охватывающая весь контур цепи. При этом система могла переходить из состояния без напряжения в состояние с напряжением, «прорываясь» сквозь барьер посредством туннелирования.

Физики не только зафиксировали этот переход, но и подтвердили, что поведение цепи полностью подчиняется законам квантовой механики. Эти результаты доказали, что квантовые эффекты можно контролировать и измерять даже на макроскопическом уровне.

Оле Эрикссон, председатель Нобелевского комитета по физике, отметил, что «великолепно видеть, как квантовая механика, разработанная более века назад, по-прежнему преподносит сюрпризы и остаётся основой цифровой технологии».

Современные микрочипы, транзисторы и лазеры — уже давно плоды квантовых открытий прошлого. Однако работа лауреатов 2025 года создаёт предпосылки для новой волны технологий — квантовых компьютеров, сенсоров и систем шифрования, способных преобразить вычислительную технику и связь будущего.

Эксперименты, начатые ещё в 1984–1985 годах, стали поворотным пунктом для всей квантовой электроники. Именно с них начался путь к управляемым квантовым состояниям в твердых телах — основа большинства современных квантовых процессоров.

По мнению Академии, открытия лауреатов открывают новую грань старого вопроса — где именно проходит граница между квантовым и классическим мирами, и можно ли управлять ею при помощи технологии.