امسال جایزه نوبل فیزیک به سه دانشمند تعلق گرفت که توانستند پدیدههای کوانتومی مانند تونلزنی را نه در سطح ریزذرات، بلکه در یک مدار الکتریکی ماکروسکوپی به نمایش بگذارند؛ دستاوردی که مرز بین دنیای کوانتوم و جهان عادی را بهطرز شگفتانگیزی نزدیک میکند.
جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۲۵ به سه دانشمند، «جان کلارک» (John Clarke)، «میشل دِوورِه» (Michel H. Devoret) و «جان مارتینیز» (John M. Martinis) اهدا شد. آزمایش این دانشمندان نشان داد که پدیدههای عجیبوغریب دنیای کوانتومی فقط به ذرات زیراتمی محدود نمیشوند و میتوان آنها را در سیستمهای فیزیکی بزرگتر نیز مشاهده کرد. این کشف برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی بسیار حائز اهمیت بوده است.
یکی از بزرگترین سؤالات در فیزیک این است که مرز بین دنیای کوانتومی (دنیای ذرات بسیار ریز) و دنیای کلاسیک (دنیایی که ما تجربه میکنیم) کجاست. در دنیای ما اگر یک توپ را به سمت دیوار پرتاب کنید، مطمئن هستید که به عقب برمیگردد. اما در دنیای کوانتومها یک ذره منفرد میتواند بهطور جادویی از مانع عبور کند و در سوی دیگر آن ظاهر شود؛ پدیدهای که به آن «تونلزنی کوانتومی» میگویند.
تا پیش از تحقیقات این سه دانشمند، تصور میشد که این اثرات عجیب فقط در سطح ذرات منفرد قابل مشاهده هستند. اما این برندگان نوبل در آزمایشهای خود در دهه ۱۹۸۰ ثابت کردند که میتوانند این «تونلزنی» را نه برای یک ذره بلکه برای میلیاردها ذره که مانند یک موجودیت واحد و بزرگ عمل میکنند، در یک مدار الکتریکی ماکروسکوپی مشاهده کنند. آنها به معنای واقعی کلمه شگفتیهای کوانتومی را به دنیای بزرگ ما آوردند.
این محققان یک مدار الکتریکی بسیار خاص را با استفاده از ابررساناها ساختند. در این مدار دو قطعه ابررسانا با یک لایه نازک عایق از هم جدا شده بودند؛ ساختاری که به آن «اتصال جوزفسون» (Josephson junction) میگویند.
در مواد ابررسانا الکترونها به صورت جفتهایی به نام «جفتهای کوپر» حرکت میکنند که میتوانند به صورت هماهنگ رفتار کنند. در این آزمایش، این ذره در یک حالت انرژی به دام افتاده بود و ولتاژی در مدار وجود نداشت. طبق قوانین فیزیک کلاسیک، این سیستم باید برای همیشه در همین حالت باقی میماند.
اما دانشمندان مشاهده کردند که این سیستم ماکروسکوپی، با استفاده از تونلزنی کوانتومی، از این حالت انرژی فرار و ناگهان یک ولتاژ قابل اندازهگیری در مدار ایجاد میکند. این اولین مشاهده مستقیم تونلزنی کوانتومی ماکروسکوپی بود. آنها همچنین ثابت کردند که این سیستم انرژی را به صورت بستههای گسسته یا «کوانتیده» جذب و منتشر میکند، درست همانطور که نظریه کوانتوم پیشبینی میکند.
این کشف فقط یک کنجکاوی علمی نبود؛ این آزمایشها، سنگ بنای نسل بعدی فناوریهای کوانتومی را پایهگذاری کردند. این مدار ابررسانا در عمل مانند یک «اتم مصنوعی» بزرگ عمل میکرد که میتوان آن را کنترل و مهندسی کرد.
مهمترین پیامد این کار، تأثیر مستقیم آن بر توسعه کامپیوترهای کوانتومی است. سیستم ساختهشده توسط این دانشمندان، یکی از اولین نمونههای کاربردی یک «کیوبیت» بود؛ واحد اصلی سازنده کامپیوترهای کوانتومی. درواقع، جان مارتینیز، یکی از برندگان همین جایزه، سالها بعد به یکی از پیشگامان ساخت کامپیوترهای کوانتومی در شرکت گوگل تبدیل شد.
منبع: https://digiato.com/
