Nobelova nagrada za fiziku trojici naučnika za otkriće kvantnih fenomena u električnom krugu

Ovogodišnja Nobelova nagrada za fiziku pripala je trojici naučnika – Johnu Clarkeu, Michelu H. Devoretu i Johnu M. Martinisu – za otkriće makroskopskog kvantno-mehaničkog tunelovanja i kvantizacije energije u električnom krugu. Njihovi eksperimenti, izvedeni na čipu veličine dlana, omogućili su da se fenomeni kvantne fizike prvi put jasno posmatraju u sistemu vidljivom golim okom.

Kvantna fizika u svijetu koji možemo držati u ruci

Jedno od ključnih pitanja moderne fizike glasi: koliko veliki sistem može pokazivati kvantne efekte? Kvantna mehanika, grana fizike koja opisuje ponašanje čestica na mikroskopskom nivou, poznata je po svojim neobičnim pravilima – česticama koje mogu postojati na više mjesta istovremeno, ili prolaziti kroz prepreke zahvaljujući fenomenu nazvanom tunelovanje. No, kako se broj čestica povećava, ti efekti obično nestaju i sistem se ponaša „klasično“, onako kako to opisuje Newtonova fizika. Upravo su dobitnici ovogodišnje nagrade dokazali da se kvantni efekti mogu manifestovati i u mnogo većim, makroskopskim sistemima – čak i u električnom krugu koji stane na dlan.

Eksperimenti koji su promijenili razumijevanje kvantne stvarnosti

U periodu između 1984. i 1985. godine, Clarke, Devoret i Martinis su izveli niz eksperimenata koristeći elektronički krug izrađen od superprovodnika – materijala koji može provoditi električnu struju bez ikakvog otpora. Njihov sistem se sastojao od dvije superprovodne komponente razdvojene tankim slojem izolatora, poznatim kao Josephsonov spoj (Josephson junction). Kada su kroz taj krug propustili električnu struju i precizno mjerili promjene koje su se dešavale, naučnici su otkrili da se čestice u sistemu ponašaju kao da su spojene u jedan zajednički entitet – kvantno-koherentnu „česticu“ koja obuhvata čitav krug.

Tunelovanje i kvantizacija energije u praksi

U početnom stanju, struja kroz ovaj sistem teče bez napona – u tzv. nultonaponskom stanju. Naizgled, sistem bi trebao ostati „zarobljen“ u tom stanju, jer postoji energetska barijera koja mu onemogućava prelazak u drugo stanje. Međutim, zahvaljujući kvantnim pravilima, sistem uspijeva „proći“ kroz tu prepreku, fenomen poznat kao kvantno tunelovanje. Promjena stanja sistema manifestuje se pojavom napona, čime je eksperimentalno potvrđeno da se kvantni efekti mogu mjeriti i u makroskopskim objektima. Naučnici su takođe dokazali da sistem apsorbuje i emituje energiju u tačno određenim količinama, što je ključno obilježje kvantne prirode – tzv. kvantizacija energije.

Temelji za novu eru kvantne tehnologije

„Divno je vidjeti kako kvantna mehanika, stara više od jednog stoljeća, i dalje iznenađuje i donosi nova otkrića“, izjavio je Olle Eriksson, predsjednik Nobelovog komiteta za fiziku. „Kvantna fizika nije samo fascinantna teorija – ona je temelj svih današnjih digitalnih tehnologija“, dodao je. Danas, transistori u mikroprocesorima naših računara predstavljaju klasičan primjer primjene kvantne mehanike. No, zahvaljujući radu ovogodišnjih laureata, otvaraju se vrata nove generacije kvantnih tehnologija – uključujući kvantnu kriptografiju, kvantne računare i kvantne senzore, koji bi mogli revolucionarno promijeniti način na koji obrađujemo informacije, komuniciramo i mjerimo svijet oko sebe.

Tri naučnika koja su proširila granice mogućeg

• John Clarke – britanski fizičar sa Univerziteta Berkeley u Kaliforniji, poznat po pionirskim radovima u oblasti superprovodnih kvantnih interferometara (SQUID uređaja).

• Michel H. Devoret – francuski fizičar sa Univerziteta Yale, specijaliziran za kvantnu elektroniku i kvantne sklopove.

• John M. Martinis – američki fizičar i bivši glavni inženjer kvantnih računara u Googleu, čiji su radovi bili ključni za razvoj prvih funkcionalnih kvantnih procesora.

Njihova zajednička dostignuća predstavljaju most između teorijske fizike i praktične tehnologije – dokaz da čak i najapstraktniji zakoni prirode mogu imati stvarne, mjerljive posljedice.

Ovogodišnja Nobelova nagrada za fiziku ne nagrađuje samo prošla otkrića – ona označava početak nove ere nauke, u kojoj granice između mikroskopskog i makroskopskog, teorijskog i praktičnog, postaju sve tanje. Zahvaljujući eksperimentima Clarke, Devoreta i Martinisa, kvantni svijet više nije samo domen subatomskih čestica – već nešto što možemo „držati u ruci“.

federalna.ba