Нобелевская премия за физику отправляется в трио за квантовыми вычислительными чипами

2025 Нобелевская премия по физике был присужден Джон КларкВ Мишель Дур и Джон Мартинис Для их работы по тому, чтобы показать, как квантовые частицы могут загадочно туннель через материю, процесс, который помог создать сверхпроводящую квантовую технологию, которая образует основу современных квантовых компьютеров.

«Я полностью ошеломлен», – сказал Кларк Нобелевскому комитету, услышав, что он получил приз. «Мне никогда не приходило в голову, что это может быть основой Нобелевской премии».

Квантовые частицы имеют множество странных поведений, таких как их вероятностный характер и тот факт, что они могут иметь только определенные уровни энергии, а не континуум. Это заставляет их иногда вести себя неожиданно, например туннелирование через явно твердый барьер. Такие странности были обнаружены такими физиками, как Эрвин Шродингер в первые десятилетия после начала квантовой механики.

В то время как эти последствия этого поведения были явно глубокими, например, в основе теории ядерного распада, ученые могли наблюдать за ними только в отдельных частицах и в простых системах. Было неясно, были ли более сложные системы, такие как электронные схемы, ранее описанные только классической физикой, также подлежат этим правилам. Например, эффекты квантового туннелирования, казалось, исчезали при просмотре крупномасштабных систем.

В 1985 году Кларк, Мартинис и Деворет, базирующиеся в Калифорнийском университете в Беркли, решили изменить это. Они измерили свойства заряженных частиц, движущихся через сверхпроводящие схемы, называемые Josephson JunctionsУстройство, которое выиграло британского физика Брайана Джозефсона Нобелевскую премию 1973 года по физике. Эти соединения используют провода, которые имеют нулевое электрическое сопротивление и разделены изоляционным материалом.

Исследователи показали, что частицы, движущиеся через эти соединения, действовали как одна частица, и принимали различные уровни энергии, отчетливо квантовый эффект, а также зарегистрировали напряжение, которое было бы невозможно без перепрыгнуть через изоляционную границу, четкий пример квантового туннелирования.

Это открытие и его помощь в понимании того, как манипулировать сверхпроводящими квантовыми системами, аналогичными этим, произвели революцию в области квантовой науки, позволяя другим ученым проверять точную квантовую физику на кремниевых чипах.

Сверхпроводящие квантовые схемы также сформировали основу для основных строительных блоков квантовых компьютеров, квантового бита или кубита. Наиболее мощные квантовые компьютеры сегодня, созданные такими компаниями, как Google и IBM, используют машины, состоящие из сотен сверхпроводящих кубитов, к которым привели результаты Clarke, Martinis и Devoret. «Наше открытие, в некотором смысле, является основой квантовых вычислений», – сказал Кларк.

Martinis и Devoret теперь работают для Google Quantum AI, который создал первый сверхпроводящий квантовый компьютер квантовое преимущество За классическую машину, в 2019 году. Но Кларк сказал Нобелевскому комитету, что в то время неясно, насколько влиятельным будет их исследование в 1985 году. «Нам никоим образом не пришло в голову, что это открытие оказало бы такое значительное влияние».