Результаты исследований, выполненных лауреатами Нобелевской премии по физике 2025 года, дали толчок нынешнему "буму" в квантовой информатике, рассказал РИА Новости старший научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ, кандидат физико-математических наук Глеб Федоров.
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".
"В этом году мы отмечаем 100-летие квантовой механики. Однако в чистом смысле "механикой" (то есть теорией, описывающей механические движения и колебания микрочастиц под действием внешних сил) она пробыла достаточно недолго — уже в течение первых десятилетий существования этой науки она была расширена до квантовой электродинамики. Однако вопрос о том, допустимо ли, например, квантовать привычные уравнения для расчета электрических цепей, содержащих макроскопическое число частиц, оставался спорным, находясь где-то в области одновременно живых и мертвых "котов Шредингера", - сказал Федоров. "Кот Шредингера" - мысленный эксперимент, предложенный выдающимся ученым, одним из создателей квантовой физики Эрвином Шредингером в 1935 году. Эксперимент показывает, какие парадоксальные выводы следуют из попыток применить законы квантового мира к макроскопическим объектам, в том числе к котам.
В 1985 году Деворе, Мартинис и Кларк провели эксперимент, который окончательно позволил положительно ответить на указанный вопрос, добавил эксперт.
Федоров отметил, что подобные эксперименты проводились еще в 1981 году учеными-исследователями из IBM. "Однако наиболее значительным результатом группы Кларка, главным поводом для награды именно этих ученых, стало прямое наблюдение в сверхпроводниковой цепи дискретных спектральных линий на правильно предсказанных частотах. Эта цепь стала первым примером сверхпроводникового искусственного атома", - подчеркнул собеседник агентства.
Он пояснил особенности таких объектов.
"В англоязычной литературе такая цепь обычно называться фазовым кубитом (phase qubit), хотя термин "кубит" употребляется в этом случае не совсем корректно, так как уровней в подобных системах, как правило, намного больше двух. Именно многообразие возможных электрических цепей и конфигураций "орбиталей", "живущих" в них, дает повод называть подобные системы атомами, новые виды которых открываются практически каждый год", - сказал ученый.
Самым интересным практическим применением таких цепей сейчас считаются устройства для квантовых вычислений, в которых каждый искусственный атом кодирует свою часть общего квантового состояния, добавил Федоров.
"Наиболее яркими и масштабными в этом области являются недавние работы компаний Google (где Джон Мартинис также занимал ключевое положение и где сейчас работает Мишель Деворе) и IBM. Можно сказать, что именно быстрые успехи сверхпроводниковых квантовых устройств дали толчок происходящему "буму" в области квантовой информатики, в том числе, и на других физических платформах, таких как ионы, нейтральные атомы, спины", - отметил собеседник агентства.
По словам Федорова, стоит отметить сходство нынешней премии с Нобелевской премией по физике 2012 года, присужденной французу Сержу Арошу и американцу Дэвиду Уайнленду, которые разработали методы управления отдельными квантовыми частицами и наблюдения за ними – "однако с той разницей, что теперь мы научились проводить эксперименты не только с индивидуально "пойманными" естественными атомами, но и, образно выражаясь, предварительно создавать их для экспериментов по своему усмотрению". Некоторые характеристики искусственных атомов в этом случае оказываются намного более удобными для экспериментов, добавил ученый.
"Стоит отметить также большое количество разнообразных фундаментальных работ лауреатов в области квантовой оптики, проливающих свет на новые стороны квантового мира", - сказал Федоров. По его словам, вместе с другими участниками научного сообщества, в том числе с заведующим лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ Олегом Астафьевым, ими была основана новая научная область — квантовая электродинамика электрических цепей (circuit QED, cQED) с излучением микроволнового диапазона, которой сейчас посвящены многочисленные обзоры в научных журналах с сотнями ссылок.