We wtorek przyznano Nagrodę Nobla z fizyki. Otrzymali ją trzej naukowcy pracujący na amerykańskich uczelniach: John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis - za osiągnięcia w dziedzinie mechaniki kwantowej. Jak podał Komitet Noblowski, naukowcy zostali nagrodzeni „za odkrycie makroskopowego kwantowego tunelowania mechanicznego i kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym”.

W ocenie prof. Jerzego Łuczki z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego, nazwiska i dokonania noblistów są dobrze znane fizykom. Dodał też, że choć wyróżnione badania są stare (jak podał, pierwsze publikacje na ten temat ukazały się w połowie lat 80. XX wieku), to dziś są wykorzystywane w informacji kwantowej i pewnie stąd impuls do wyróżnienia - ocenił.

Jak tłumaczył naukowiec, nagrodzeni Noblem fizycy zastosowali w zwykłych, znanych obwodach elektronicznych element nazywany złączem Josephsona, które było znane już w latach 60. XX wieku i za które też przyznano Nobla w latach 70.

- Złącze Josephsona składa się z dwóch nadprzewodników rozdzielonych izolatorem. Zgodnie z klasyczną teorią fizyki, jeżeli złącze jest rozdzielone izolatorem, to ładunki elektryczne nie mogą przechodzić z jednej strony na drugą stronę. Natomiast jeżeli uwzględni się efekty kwantowe i obliczenia metodą fizyki kwantowej, to okazuje się, że istnieje niezerowe prawdopodobieństwo, że ładunki z jednego nadprzewodnika jakby przeskoczą przez ten izolator – mówi się, że tunelują przez ten izolator – i wskoczą w drugi nadprzewodnik – opisał rozmówca PAP.

Jak dodał, można to sobie zobrazować poprzez wyobrażenie trasy przez góry. – Klasycznie jechalibyśmy drogami po górach, ale równie dobrze można przejechać tunelem przez te góry. W fizyce kwantowej tunele nie są jednak dosłownymi dziurami w izolatorze, ale ładunki – nazywane parą Coopera, składającą się z 2 elektronów – tunelują przez górę nie mając tuneli. Zjawisko tunelowania jest zjawiskiem czysto kwantowym. I ci nagrodzeni fizycy wzięli element składający się ze złącza Josephsona, czyli dwa nadprzewodniki rozdzielone izolatorem, i włożyli w klasyczny elektroniczny układ – i zaczęli badać właściwości tego układu. Okazało się, że można obserwować kwantowanie - opowiadał prof. Jerzy Łuczka.

Po latach okazało się, że złącze Josephsona może też być wykorzystywane w informacji kwantowej. – Wyobraźmy sobie, że mamy pierścień przecięty złączem Josephsona, gdzie prąd może płynąć w jedną stronę tego pierścienia albo w przeciwną. Umownie można powiedzieć, że prąd płynie w lewą lub prawą stronę. To oznacza, że ma dwa stany (prąd w lewo lub prąd w prawo), więc otrzymujemy kubit, czyli kwantową jednostkę informacji podstawowej. A kubity można zastosować do komputerów kwantowych, dlatego złącza Josephsona obecnie są - w różnych postaciach i w różnych konfiguracjach - stosowane w tej początkowej fazie budowy komputerów kwantowych – tłumaczył naukowiec.

Pytany, czy Nobel z fizyki dla dziedziny mechaniki kwantowej oznacza, że teraz jest to trend w tej dziedzinie, potwierdził, ale jednocześnie dodał, że „od chwili powstania mechaniki kwantowej, czyli 125 lat temu, świat fizyków cały czas jest zaskakiwany kolejnymi zagadkami”.

Nauka w Polsce, Agnieszka Kliks-Pudlik(PAP)

akp/ agt/ lm/