Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2025

Το βραβείο Νόμπελ 2025 στην Φυσική απονεμήθηκε στους John Clarke, Michel H. Devoret και John M. Martinis «για την ανακάλυψη του μακροσκοπικού φαινομένου κβαντομηχανικής σήραγγας (macroscopic quantum tunnelling) και της κβάντωσης ενέργειας σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα»



Οι βραβευθέντες χρησιμοποίησαν μια σειρά πειραμάτων για να δείξουν ότι οι παράξενες ιδιότητες του κβαντικού κόσμου μπορούν να εκδηλωθούν σε μακροσκοπικά συστήματα. Το ηλεκτρικό ρεύμα (χιλιάδων ή εκατομμυρίων ηλεκτρονίων) μπορεί να διαπερνά φράγματα δυναμικού με τρόπο που δεν επιτρέπεται κλασσικά, παρόμοια με το γνωστό κβαντομηχανικό φαινόμενο σήραγγας. Έδειξαν επίσης ότι αυτά τα μακροσκοπικά συστήματα απορροφούσαν και απέδιδαν την ενέργεια κβαντισμένα. όπως προβλέπει η κβαντομηχανική για τα άτομα.


Τα πειράματά τους σε ένα τσιπ αποκάλυψαν την κβαντική φυσική σε δράση

Ένα βασικό ερώτημα στη φυσική είναι το μέγιστο μέγεθος ενός συστήματος που μπορεί να εμφανίσει κβαντομηχανικά φαινόμενα. Οι βραβευθέντες με το Νόμπελ Φυσικής 2025, διεξήγαγαν πειράματα με ένα ηλεκτρικό κύκλωμα στα οποία επέδειξαν τόσο το κβαντομηχανικό φαινόμενο σήραγγας όσο και την κβάντωσης της ενέργειας σε ένα αρκετά μεγάλο και χειροπιαστό σύστημα.

Η κβαντομηχανική επιτρέπει σε ένα σωματίδιο να κινείται κατευθείαν μέσα από ένα φράγμα, διαμέσου του φαινομένου σήραγγας. Όταν όμως εμπλέκεται μεγάλος αριθμός σωματιδίων, τα κβαντομηχανικά φαινόμενα συνήθως γίνονται αμελητέα. Τα πειράματα των βραβευμένων απέδειξαν ότι οι κβαντομηχανικές ιδιότητες μπορούν να εκδηλωθούν σε μακροσκοπική κλίμακα.

John Clarke, Michel H. Devoret και John M. Martinis

Το 1984 και το 1985, οι John Clarke , Michel H. Devoret και John M. Martinis διεξήγαγαν μια σειρά πειραμάτων με ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα κατασκευασμένο από υπεραγωγούς, οι οποίοι άγουν το ρεύμα χωρίς να εμφανίζουν ηλεκτρική αντίσταση. Στο κύκλωμα, τα υπεραγώγιμα στοιχεία διαχωρίζονταν από ένα λεπτό στρώμα μονωτικού υλικού, μια διάταξη γνωστή ως επαφή Josephson. Βελτιώνοντας και μετρώντας τις διάφορες ιδιότητες του κυκλώματός τους, κατάφεραν να ελέγξουν και να εξερευνήσουν τα φαινόμενα που προέκυπταν όταν διοχέτευαν ρεύμα σε αυτό. Συνολικά, τα φορτισμένα σωματίδια που κινούνταν στον υπεραγωγό αποτελούσαν ένα σύστημα που συμπεριφερόταν σαν να ήταν ένα ενιαίο σωματίδιο που καταλάμβανε ολόκληρο το κύκλωμα.

Αυτό το μακροσκοπικό- σαν σωματίδιο – σύστημα βρίσκεται αρχικά σε μια κατάσταση στην οποία το ρεύμα ρέει χωρίς τάση. Το σύστημα είναι παγιδευμένο σ’ αυτήν την κατάσταση, σαν να βρίσκεται πίσω από ένα εμπόδιο που δεν μπορεί να διασχίσει. Στο πείραμα, το σύστημα δείχνει τον κβαντικό του χαρακτήρα καταφέρνοντας να ξεφύγει από την κατάσταση μηδενικής τάσης μέσω σήραγγας. Η αλλαγή της κατάστασής του ανιχνεύεται μέσω της εμφάνισης μιας τάσης.

Οι βραβευθέντες κατάφεραν επίσης να αποδείξουν ότι το σύστημα συμπεριφέρεται με τον τρόπο που προβλέπεται από την κβαντομηχανική – είναι κβαντισμένο, που σημαίνει ότι απορροφά ή εκπέμπει μόνο συγκεκριμένα ποσά ενέργειας.



«Είναι υπέροχο που μπορούμε να γιορτάσουμε το γεγονός ότι η κβαντομηχανική, παρότι συμπληρώνει έναν αιώνα, συνεχίζει να μας εκπλήσσει. Είναι επίσης εξαιρετικά χρήσιμη, δεδομένου ότι αποτελεί τη βάση κάθε ψηφιακής τεχνολογίας», δήλωσε ο Olle Eriksson, Πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ Φυσικής.

Τα τρανζίστορ στα μικροτσίπ υπολογιστών είναι ένα παράδειγμα της καθιερωμένης κβαντικής τεχνολογίας που μας περιβάλλει.



Το φετινό βραβείο Νόμπελ Φυσική ανοίγει δρόμους για την ανάπτυξη της επόμενης γενιάς κβαντικής τεχνολογίας, που περιλαμβάνει την κβαντική κρυπτογραφία, τους κβαντικούς υπολογιστές και τους κβαντικούς αισθητήρες.

Κβαντικοί υπολογιστές και «κβαντική υπεροχή»

Το 2014, η Google ανέθεσε στον Μαρτίνις να ηγηθεί της ερευνητικής της ομάδας στην κβαντική υπολογιστική. Υπό την καθοδήγησή του, η ομάδα ανέπτυξε υπεραγώγιμους κβαντικούς επεξεργαστές, αξιοποιώντας την εμπειρία του ακαδημαϊκού χώρου και τους πόρους της Google για την κατασκευή λειτουργικών κβαντικών συστημάτων.

Το 2019 παρουσίασαν τον επεξεργαστή Sycamore, έναν κβαντικό υπολογιστή 53 qubits, ο οποίος ολοκλήρωσε έναν εξαιρετικά περίπλοκο υπολογισμό σε μόλις τρία λεπτά και είκοσι δευτερόλεπτα, κάτι που θα απαιτούσε περίπου δέκα χιλιάδες χρόνια για τον ταχύτερο κλασικό υπερυπολογιστή. Το επίτευγμα αυτό, γνωστό ως «κβαντική υπεροχή», αποτέλεσε ιστορική στιγμή για την επιστήμη, αποδεικνύοντας ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να ξεπεράσουν κατά πολύ τις συμβατικές μηχανές σε συγκεκριμένα προβλήματα.

Η διεθνής κοινότητα αναγνώρισε τη σημασία της επιτυχίας αυτής· ο Μαρτίνις συμπεριλήφθηκε ανάμεσα στα δέκα πρόσωπα με τη μεγαλύτερη επιστημονική επιρροή της χρονιάς, ενώ το έργο του θεωρήθηκε καθοριστικό για τη μετάβαση στην εποχή της κβαντικής τεχνολογίας.

Παρά τις επιτυχίες, ο Μαρτίνις αποχώρησε από την Google το 2020, επιλέγοντας να συνεχίσει την έρευνα ανεξάρτητα. Συνεργάστηκε με την αυστραλιανή εταιρεία Silicon Quantum Computing και το 2022 συνίδρυσε τη Qolab, με στόχο να αξιοποιήσει τεχνικές της βιομηχανίας ημιαγωγών για τη δημιουργία πρακτικών και σταθερών κβαντικών υπολογιστών.
Βράβευση με το Νόμπελ Φυσικής 2025

Στις 7 Οκτωβρίου 2025, η Σουηδική Βασιλική Ακαδημία Επιστημών ανακοίνωσε την απονομή του Νόμπελ Φυσικής στους Τζον Κλαρκ, Μισέλ Ντεβορέ και Τζον Μαρτίνις «για την ανακάλυψη της μακροσκοπικής κβαντικής σήραγγας και της κβάντωσης της ενέργειας σε ηλεκτρικό κύκλωμα». Η τιμή αυτή αναγνώρισε ότι τα πειράματα που διεξήγαγε ο Μαρτίνις, ήδη από τη δεκαετία του '80, έδωσαν απαντήσεις σε θεμελιώδη ερωτήματα της φυσικής, όπως το πόσο μεγάλο μπορεί να γίνει ένα σύστημα ώστε να επιδείξει κβαντικά φαινόμενα.

Στο βραβευμένο πείραμα, οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα υπεραγώγιμο κύκλωμα διαστάσεων περίπου ενός εκατοστού, στο οποίο δισεκατομμύρια ηλεκτρόνια (σε ζεύγη Cooper) λειτουργούσαν συλλογικά ως ένα ενιαίο κβαντικό σύστημα. Με αυτό τον τρόπο, έδειξαν ότι οι ιδιότητες της κβαντικής μηχανικής, όπως η σήραγγα και η διακριτή ενέργεια, μπορούν να παρουσιαστούν σε ένα υλικό σύστημα αρκετά χειροπιαστό ώστε να το κρατήσει κανείς στην παλάμη του.

Η αναγνώριση αυτή δεν είναι μόνο μια κορυφαία διάκριση για τη βασική επιστήμη, αλλά σηματοδοτεί και τη μετάβαση της κβαντικής έρευνας στην εφαρμοσμένη τεχνολογία.

Με πληροφορίες από Euronews, Natureδιαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Popular science background: Quantum properties on a human scale (pdf)
2. Scientific background to the Nobel Prize in Physics 2025 (pdf)

Πηγή: https://physicsgg.me/

Παρακολουθείστε την ανακοίνωση του βραβείου Νόμπελ Φυσικής 2025 (Τρίτη 7 Οκτωβρίου στις 12:45):

Δείτε ΕΔΩ όλα τα βραβεία Νόμπελ Φυσικής από το 1901 έως το 2024.