Nobel z fizyki 2025: Kwantowy świat w ludzkiej skali
Laureaci tegorocznej Nagrody Nobla z fizyki – John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis – udowodnili, że prawa mechaniki kwantowej można zaobserwować w obiektach na tyle dużych, by trzymać je w dłoni. Ich doświadczenia z nadprzewodzącymi obwodami elektrycznymi otworzyły drogę do rozwoju komputerów kwantowych i nowej generacji technologii obliczeniowych
Fizycy od lat pytali, jak duży może być układ, który zachowuje się zgodnie z prawami mechaniki kwantowej. Zespół Johna Clarke’a z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, Michela Devoreta z Yale University i Johna Martinisa z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara w latach 1984-1985 przeprowadził doświadczenia, które przyniosły zaskakującą odpowiedź: kwantowe zjawiska mogą występować w układach makroskopowych.
Badacze stworzyli tzw. złącze Josephsona wykorzystując obwód zbudowany z nadprzewodników – materiałów, przez które prąd płynie bez oporu – oddzielonych cienką warstwą izolatora. To w nim zaobserwowali dwa kluczowe zjawiska: tunelowanie kwantowe i kwantyzację energii. Innymi słowy, ich układ elektryczny „przeskakiwał” z jednego stanu do drugiego, tak jakby prąd przechodził przez barierę nie do pokonania w klasycznym świecie.
Laureaci nagrody wyjaśniają, że cały układ zachowywał się tak, jakby tworzył jedną cząstkę obejmującą cały obwód. Zjawisko to dowodzi, że złożone układy – składające się z miliardów cząstek – mogą wykazywać wspólne, kwantowe zachowanie.
Od kota Schrödingera do komputerów kwantowych
Eksperyment stanowi współczesny odpowiednik słynnego eksperymentu myślowego z kotem Schrödingera, który miał pokazać paradoksy mechaniki kwantowej. W tym przypadku „kotem” stał się układ elektryczny, który jednocześnie pozostawał w dwóch stanach: z napięciem i bez niego. „Ich badania pokazały, że zjawiska kwantowe mogą obejmować ogromne liczby cząstek, zachowujących się jak jeden obiekt” – czytamy w materiałach The Royal Swedish Academy of Sciences.
Wyniki Clarke’a, Devoreta i Martinisa otworzyły drogę do stworzenia sztucznych atomów – obiektów, w których kwantowe zjawiska można kontrolować za pomocą przewodów i układów elektronicznych. To właśnie z tej idei zrodziły się pierwsze kubity, czyli kwantowe odpowiedniki bitów w komputerach. Martinis wykorzystał później to samo zjawisko do budowy prototypów komputerów kwantowych w laboratoriach Google.
Mechanika kwantowa w praktyce
O znaczeniu nagrodzonych badań mówi Olle Eriksson, przewodniczący Komitetu Noblowskiego ds. fizyki: „To wspaniałe, że możemy świętować to, że licząca już sto lat mechanika kwantowa wciąż potrafi nas zaskakiwać. Jest ona też niezwykle użyteczna, bo stanowi podstawę całej technologii cyfrowej”.
Nadprzewodzące układy oparte na złączach Josephsona są dziś podstawą m.in. czujników magnetycznych SQUID, a także szybko rozwijających się komputerów kwantowych, systemów kryptografii kwantowej i czujników nowej generacji.
Trzech pionierów kwantowej makroskali
- John Clarke (ur. 1942, Wielka Brytania) – profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, doktor Uniwersytetu Cambridge.
- Michel H. Devoret (ur. 1953, Francja) – profesor Uniwersytetu Yale i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara.
- John M. Martinis (ur. 1958, USA) – profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, specjalista w dziedzinie fizyki nadprzewodników i informacji kwantowej.
Źródła:
The Royal Swedish Academy of Sciences, Press release: The Nobel Prize in Physics 2025 (7.10.2025),
Popular information: Quantum properties on a human scale, NobelPrize.org,
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2025/press-release/
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2025/popular-information/