Nobel za fiziku 2025: kvantni tunel kroz električno kolo veličine dlana
Ovogodišnji Nobel za fiziku 2025. pripao je trojici istraživača koji su kvantnu mehaniku doslovno spustili na sto u laboratoriji. Džon Klark (John Clarke), Mišel Devore (Michel H. Devoret) i Džon Martinis (John M. Martinis) nagrađeni su “za otkriće makroskopskog kvantnog tunelovanja i kvantizacije energije u električnom kolu”.
Njihovi eksperimenti, urađeni sredinom osamdesetih godina na Univerzitetu Kalifornije u Berkliju, pokazali su da se kvantni efekti ne dešavaju samo na nivou pojedinačnih atoma i elektrona. Uz pomoć supraprovodnih elemenata, napravili su električno kolo veliko otprilike kao nokat na palcu, koje se ponaša kao jedan “veštački atom”.
Šta su tačno uradili dobitnici Nobela?
Klark, Devore i Martinis su radili sa supraprovodnim kolima hlađenim na temperature blizu apsolutne nule. U takvom kolu elektroni se uparuju u tzv. Kuperove parove i ponašaju kao jedna zajednička kvantna “tečnost”.
U centru eksperimenta nalazi se Džozefsonovo sprezanje (Josephson junction) – ultra tanak izolacioni sloj između dva supraprovodnika. Klasična fizika bi rekla da struja ne može proći kroz tu barijeru. Kvantna mehanika, međutim, dopušta da talasna funkcija elektrona “procuri” kroz zid – to je kvantno tunelovanje.
Dobitnici Nobela su pokazali dve ključne stvari:
- da čitav makroskopski sistem (supraprovodno kolo sa milijardama elektrona) može tunelovati iz jednog energetskog stanja u drugo, kao da je u pitanju jedna jedina kvantna čestica;
- da energija kola nije kontinualna, već dolazi u diskretnim nivoima – kolo apsorbuje i emituje energiju u tačno određenim “porcijama”, potpuno u skladu sa predviđanjima kvantne mehanike.
Drugim rečima, napravili su električno kolo koje se ponaša kao ogroman kvantni oscilator – sistem koji je po dimenzijama “veliki koliko dlan”, ali po ponašanju pripada svetu kvantnih čestica.
Zašto je to važno danas?
U trenutku kada su eksperimenti izvedeni, ovo je bio fundamentalni test kvantne teorije na makroskopskom nivou. Danas je jasno da su upravo ti radovi postavili temelje za supraprovodne kubite – osnovne gradivne blokove mnogih savremenih kvantnih računara.
Današnje kvantne platforme (Google, IBM i drugi) koriste čitave porodice supraprovodnih kola koja direktno nastavljaju na pionirske eksperimente Klarka, Devorea i Martinisa. Ono što je nekad bio “egzotični efekat u laboratoriji” sada je osnovna tehnologija kvantnog računarstva.
Nobel koji spaja mikro i makro svet
Nobel komitet je u obrazloženju naglasio da je ovo priznanje “kvantnim svojstvima na ljudskoj skali” – pokazivanju da pravila kvantne mehanike važe i za sisteme koji su:
- dovoljno veliki da ih držimo u ruci,
- sastavljeni od ogromnog broja čestica,
- ali i dalje pokazuju tunelovanje i diskretne nivoe energije kao atom ili molekul.
Za čitaoce to znači jednostavnu, ali moćnu poruku: kvantna fizika nije više samo egzotična teorija iz udžbenika. Ona je danas ugrađena u elektronske čipove, metrologiju, senzore i kvantne računare – i upravo zato je Nobel za fiziku 2025. jedna od onih nagrada koje menjaju način na koji posmatramo granicu između “mikro” i “makro” sveta.
Napomena: Tekst ima informativni karakter i zasniva se na javno dostupnim informacijama sa NobelPrize.org i saopštenju Švedske kraljevske akademije nauka.
