Квантовый скачок

Нобелевскую премию по физике присудили ученым, продемонстрировавшим, что электрическая цепь может вести себя как ядро атома.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Лауреатами Нобелевской премии по физике 2025 года стали Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис из США. Премия присуждена им «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи».

Объясним, что это значит. Представьте, что вы стоите на дне ямы глубиной 10 м и пытаетесь выбросить из нее мяч весом 500 г. Какую энергию нужно сообщить для этого мячу? Школьная физика отвечает: не меньше 50 джоулей. Если ваших сил хватает только на 5 джоулей, мяч подпрыгнет всего на 1 м и не покинет яму. Количество попыток не имеет значения.

Однако квантовые законы, управляющие поведением элементарных частиц, совсем не похожи на привычную физику. Они гласят, что из любой ямы можно выбраться. Чем больше энергия мяча и меньше глубина ямы, тем выше шансы, но они никогда не равны нулю. Если бы мяч был частицей, рано или поздно он оказался бы за пределами ямы, будь она глубиной хоть километр.

Эта странная особенность квантового мира называется туннельным эффектом. Туннельный эффект хорошо известен ядерным физикам. Именно благодаря ему альфа-частица покидает ядро при альфа-распаде. Этот же эффект помогает протонам в центре Солнца сливаться и вступать в термоядерную реакцию, несмотря на мощное отталкивание. Ученые всего мира пользуются сканирующими туннельными микроскопами, также основанными на туннельном эффекте.

Но во всех этих процессах участвуют микроскопические порции вещества — отдельные атомные ядра или группы из небольшого числа атомов.

Лауреаты продемонстрировали туннельный эффект в макроскопическом масштабе. Сверхпроводящая цепь сантиметрового размера благодаря этому эффекту переключалась из одного режима в другой. Все дело в квантовых законах, управляющих электронами в сверхпроводнике. Кроме того, эта цепь поглощает и отдает энергию строго определенными дозами, словно атом или его ядро. Это тоже квантовый эффект.

Макроскопические квантовые эффекты можно использовать в квантовых компьютерах, чувствительных датчиках и для моделирования микроскопических квантовых систем, с которыми невозможно работать напрямую.

Анатолий Глянцев, кандидат физико-математических наук