Результаты исследований, выполненных лауреатами Нобелевской премии по физике 2025 года, стерли границу между квантовым микромиром и нашим макромиром и заложили технологическую основу для бурного развития квантовых технологий, рассказал РИА Новости генеральный директор Российского квантового центра Максим Острась.
Нобелевская премия 2025 года по физике во вторник была присуждена британцу Джону Кларку (1942), французу Мишелю Деворе (1953) и американцу Джону Мартинису (1958) "за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи".
"Законы квантового мира радикально отличаются от классической физики. Квантовые частицы существуют в суперпозиции — одновременно во всех возможных состояниях до измерения, могут быть запутаны, ведя себя как единое целое и мгновенно влияя друг на друга даже на огромном расстоянии, а все процессы носят вероятностный характер, в отличие от предсказуемого макромира", — сказал Острась.
Также в квантовом мире существует интересное явление, называемое туннелированием, добавил он.
"Это эффект, при котором частица преодолевает энергетический барьер, даже если ее полная энергия меньше высоты этого барьера. С классической точки зрения это невозможно — подобно тому, как мяч вдруг оказался бы по другую сторону горы, не имея достаточной энергии, чтобы перекатиться через ее вершину", — пояснил эксперт.
Ключевая особенность вышеописанных законов заключается также в том, что они действуют на крайне малых масштабах: на уровне атомов, электронов, фотонов и т. п., отметил Острась. "Открытие, за которое группе исследователей дали Нобелевскую премию, изменило наши представления о границах применимости квантовой механики", — добавил он.
Кларк, Деворе и Мартинис продемонстрировали, что квантовое туннелирование может наблюдаться не только для отдельных частиц, но и для макроскопической системы — электрической цепи миллиметрового размера, содержащей триллионы частиц, сказал собеседник агентства.
"Это становится возможным при создании специальных условий, в частности, при охлаждении системы до сверхнизких температур, когда вся совокупность частиц начинает вести себя как единая квантовая система, описываемая одной волновой функцией", — пояснил Острась.
В Калифорнийском университете в Беркли исследователи создали устройство на основе двух сверхпроводящих материалов, между которыми разместили чрезвычайно тонкий слой изолятора, отметил он. Такая структура известна как джозефсоновский контакт.
"Квантовая особенность такой структуры заключается в том, что при определенных условиях через этот изолирующий барьер может протекать сверхпроводящий ток без приложения внешнего напряжения — за счет квантового туннелирования куперовских пар электронов. Это явление как раз и демонстрирует макроскопические квантовые эффекты и лежит в основе многих современных применений в вычислительной и коммуникационной технике. Но нынешние нобелевские лауреаты пошли далее и показали, что при определенных условиях вся макроскопически большая джозефсоновская система как целое может "туннелировать", переходя в новое состояние, отделенное от исходного непреодолимым с классической точки зрения потенциальным барьером", — рассказал эксперт.
Макроскопические квантовые эффекты являются основой для создания гибридной вычислительной сверхпроводниковой платформы суперкомпьютеров, использующих различные: классические, нейроморфные и квантовые вычисления для максимально эффективной обработки информации, отметил Острась.
"Важным шагом на пути ее создания в России стала разработка генератора опорного сигнала на базе джозефсоновского контакта для контроля состояния кубита — основы интегральной криогенной системы управления таких устройств", — подчеркнул эксперт.
По словам собеседника агентства, благодаря результатам работ нынешних лауреатов стало возможным создавать и контролировать макроскопические квантовые объекты, открыв дорогу для сверхчувствительных квантовых магнитометров (СКВИДов), способных измерять магнитные поля сердца, мозга и других органов с высоким пространственным и временным разрешением, тем самым помогая диагностированию широкого спектра заболеваний на самом раннем этапе.
"Таким образом, работа лауреатов стерла границу между квантовым микромиром и нашим макромиром и заложила технологическую базу для бурного развития квантовых технологий", — резюмировал Острась.
