В этом году Нобелевскую премию по физике получили Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис за «прохождение сквозь стены», помните: как в Гарри Поттере на платформе 9 3/4?
Все дело в туннельном эффекте — возможности частицы проходить через энергетический барьер. Мы привыкли, что в классической («макро») системе мяч не сможет подняться в горку и перейти ее, если у него не хватает на это энергии, но в квантовом («микро») мире все иначе. В нем: мяч является одновременно и волной и частицей, а у волны всегда есть вероятность пройти через такой энергетический барьер. Все потому, что она не обязана резко обрываться на границе барьера. Волна может экспоненциально затухать, но проникать внутрь барьера, и если он не бесконечно «толстый», то «волновой хвостик» частицы будет существовать и с другой стороны барьера. А где есть ненулевая волновая функция, там есть и вероятность обнаружить саму частицу. Важно отметить, что в качестве энергетического барьера может выступать электрическое поле, ядерные силы и пр.
Ученые показали, что это работает не только для отдельных частиц, но и для целых мезоскопических систем (нечто среднее между макро‑ и микро миром). Эксперимент показал, что все электроны в сверхпроводящем контуре объединились в куперовские пары и стали вести себя как одна гигантская супер‑частица. Ее и заставили туннелировать в системе сверхпроводник‑диэлектрик‑сверхпроводник.
Второй подвиг ученых заключается в наблюдении дискретных уровней энергии в такой системе. Это как в атоме: электрон может устроиться вблизи ядра не любым образом (существуют определенные энергетические уровни)…. оказалось то же самое происходит и на больших масштабах. Ученые не просто увидели это — они научились этим управлять.
Лауреаты премии создали аналог такого атома в виде сверхпроводящего контура с Джозефсоновским контактом. В этом контуре все куперовские пары электронов вели себя как один гигантский «искусственный атом». Его коллективное квантовое состояние описывалось одной волновой функцией. У этого «атома» существовали строго определённые энергетические уровни. В самом нижнем состоянии («основном») ток в контуре тек без напряжения.
Для управления состоянием такого «атома» учёные облучали контур микроволнами. В итоге система поглощала микроволны только определённой частоты. Эта частота точно соответствовала разнице между её двумя дискретными энергетическими уровнями и как результат — перескок с основного уровня на более высокий (подобно электрону в атоме). Это и есть прямое доказательство дискретности — система вела себя не как классический объект (который бы просто нагревался), а как квантовый, принимая энергию только строго определёнными «порциями». Когда система находилась в возбужденном состоянии, вероятность туннелирования через энергетический барьер возрастала.
Раньше думали, что квантовая магия «стирается», когда система становится большой. Оказалось — нет! Если правильно организовать частицы (в сверхпроводящих контурах), они сохраняют свою «волшебную» природу.
Теперь станет возможным создание нового вида «квантового транзистора», который переключает не ток, а состояния системы. Это прямой путь к существованию стабильных кубитов, которые могут находиться одновременно в двух состояниях (как кот Шрёдингера), что даст квантовым компьютерам огромные вычислительные мощности.
Ученые не объединили квантовую и классическую физику (увы, Единой Теории Всего ещё нет). Но они стёрли жирную красную линию между ними, показав: дело не в размере, а в изоляции от шума. Если убрать «внешний шум» (декогеренцию), даже большие объекты можно заставить жить по квантовым законам.
Больше интересного читай в моем Telegram канале.
Комментарии (6)
Pshir
15.10.2025 20:31Ее и заставили туннелировать в системе сверхпроводник‑диэлектрик‑сверхпроводник.
Это было сделано в 1962-1963 годах, за 20 с лишним лет до нынешних Нобелевских лауреатов. И за это уже дали Нобелевскую премию в 1973 году.
Второй подвиг ученых заключается в наблюдении дискретных уровней энергии в такой системе.
И это тоже было сделано в 1963 году, за 20 с лишним лет до нынешних Нобелевских лауреатов. И за это Нобелевскую премию не давали.
Раньше думали, что квантовая магия «стирается», когда система становится большой.
Нет, не думали. С того момента, как с помощью квантовой физики объяснили ферромагнетизм (1928 год), сверхтекучесть (1946 год) и сверхпроводимость (1957 год), никто так не думал.
Это прямой путь к существованию стабильных кубитов
А вот здесь, собственно, и ответ. Нобелевку дали руководителям проекта квантового компьютера Гугла, но поскольку Гугл не был первым, кто сделал кубит, а давать с истинной формулировкой «за создание квантового компьютера в Гугле» пока что постеснялись, то пришлось давать премию просто за пару произвольных работ по эффекту Джозефсона. Они, конечно, хорошие, но таких хороших работ были десятки, если не сотни.
Ученые не объединили квантовую и классическую физику
Классическая физика объединена с квантовой ровно с момента появления последней: классическая физика - это то, что получается из квантовой физики, если устремить постоянную Планка к нулю.
Zarifa Автор
15.10.2025 20:31Спасибо за такой качественный анализ, он, действительно прекрасен. Статья больше обзорная и факты, на которые Вы указали никак не противоречат содержанию "за что же дали премию", сразу оговорюсь, что в тексте статьи намерено не употребляется слово "впервые", и это именно по тем причинам, что Вы изложили выше.
Что касается отличия от 1973 года: ученые провели эксперимент не просто с одним джозефсоновским контактом, а с целой сверхпроводящей цепью, чье поведение описывается одной волновой функцией. Их система вела себя не просто как туннелирующий ток, а как единый "искусственный атом", который целиком, как макроскопический объект, туннелировал между двумя состояниями. Они не просто наблюдали ток, они наблюдали квантовый переход всей системы.
Что касается квантовых уровней, квантование уровней в потенциале — основа всей квантовой механики. Тут ученые прямо измерили дискретные энергетические уровни этой макроскопической системы, облучая её микроволнами и наблюдая резонансные переходы между уровнями. Они показали, что эта "большая" система подчиняется тем же правилам квантования, что и отдельный атом. Это был скорее качественно новый уровень контроля и измерения, чем сам факт констатации существования квантовых уровней в мзосистемах.
Сверхпроводимость, ферромагнетизм и сверхтекучесть были известны давно, Вы правы! Но тут речь идет не о коллективных явлениях вообще, а о проявлении чисто квантовых эффектов для степени свободы всей системы. В сверхпроводимости мы наблюдаем следствие квантового поведения (нулевое сопротивление), но не можем "пощупать" волновую функцию всей цепи. Лауреаты же продемонстрировали и туннелирование, и квантование именно для единого квантового состояния макроскопического объекта. Это шаг вперед по сравнению с наблюдением лишь статистических следствий квантового поведения.
Не могу не согласиться с тем, что без контекста квантовых вычислений эта премия выглядела бы иначе. Истинная причина - кубиты, тут я подпишусь под каждым Вашим словом.
Что касается объединения теорий, это скорее речевой оборот, классическая механика является предельным случаем квантовой. Однако на практике остается концептуальный разрыв: почему мы не наблюдаем суперпозиций для макроскопических объектов?
Pshir
15.10.2025 20:31в тексте статьи намерено не употребляется слово "впервые", и это именно по тем причинам, что Вы изложили выше
Ну, давайте, я повторю их эксперименты (у меня есть такая возможность). Как вы думаете, мне дадут Нобелевскую премию? Слово «впервые» не имеет же значения?
ученые провели эксперимент не просто с одним джозефсоновским контактом, а с целой сверхпроводящей цепью
Ну да, с джозефсоновским контактом и резистором.
чье поведение описывается одной волновой функцией. Их система вела себя не просто как туннелирующий ток, а как единый "искусственный атом", который целиком, как макроскопический объект, туннелировал между двумя состояниями. Они не просто наблюдали ток, они наблюдали квантовый переход всей системы.
Вы описываете любой джозефсоновский контакт. Если что, нанотехнологии тогда были не так развиты, как сейчас, так что все джозефсоновские контакты были макроскопическими.
Тут ученые прямо измерили дискретные энергетические уровни этой макроскопической системы, облучая её микроволнами и наблюдая резонансные переходы между уровнями.
Это делали много раз до них. В том числе, в джозефсоновских контактах.
Сверхпроводимость, ферромагнетизм и сверхтекучесть были известны давно, Вы правы! Но тут речь идет не о коллективных явлениях вообще, а о проявлении чисто квантовых эффектов для степени свободы всей системы.
Все перечисленные явления являются «проявлениями чисто квантовых эффектов для степени свободы всей системы»
Однако на практике остается концептуальный разрыв: почему мы не наблюдаем суперпозиций для макроскопических объектов?
Потому что суперпозиция ограничена конечной величиной - постоянной Планка, которая не очень велика. Это не концептуальный, а чисто количественный разрыв. Длина волны де Бройля для всех объектов, которые мы можем наблюдать невооружённым глазом, гораздо меньше длин волн света, которые может видеть человеческий глаз.
P.S. знаете, как неприятно, когда пишешь содержательный комментарий, а в ответ - нейросетевая галлюцинация?
Zarifa Автор
15.10.2025 20:31Знаю, но я ничуть не умаляю качество Вашего комментария, я об этом написала в самом начале + манера повествования у всех разная. Складывается ощущение, будто бы ответственность за решение, принятое нобелевским комитетом, лежит на мне, в то время, когда в статье всего лишь освещается событие из мира науки.
Ознакомившись с содержанием любой читатель имеет право сделать собственные выводы, Ваши доводы позволяют взглянуть на "заслуги" ученых совершенно с другой стороны, и это нормально, но отрицать то, что вклада совсем нет - странно хотя бы потому, что в исследовании речь идет о контроле системы. Ученые использовали микроволны не для того, чтобы просто "возбудить" систему, а для проведения прецизионной спектроскопии. Они сканировали частоту и наблюдали четкие резонансы, соответствующие переходам между дискретными энергетическими уровнями всей их макроскопической системы. Тут не про первопроходцев как таковых, а про "новый уровень" контроля системы, который стал возможен в том числе и благодаря веку нанотехнологий, который Вы упомянули. Или кто-то этим уже занимался ? Буду рада, если просветите.
P.S. да, относительно научной новизны вклада для Нобелевской премии мало, но они же как-то сумели "притянуть" свои исследования под номинацию, пусть даже и "за уши".
Zarifa Автор
15.10.2025 20:31Спасибо за такой качественный анализ, он, действительно прекрасен. Статья больше обзорная и факты, на которые Вы указали никак не противоречат содержанию "за что же дали премию", сразу оговорюсь, что в тексте статьи намерено не употребляется слово "впервые", и это именно по тем причинам, что Вы изложили выше.
Что касается отличия от 1973 года: ученые провели эксперимент не просто с одним джозефсоновским контактом, а с целой сверхпроводящей цепью, чье поведение описывается одной волновой функцией. Их система вела себя не просто как туннелирующий ток, а как единый "искусственный атом", который целиком, как макроскопический объект, туннелировал между двумя состояниями. Они не просто наблюдали ток, они наблюдали квантовый переход всей системы.
Что касается квантовых уровней, квантование уровней в потенциале — основа всей квантовой механики. Тут ученые прямо измерили дискретные энергетические уровни этой макроскопической системы, облучая её микроволнами и наблюдая резонансные переходы между уровнями. Они показали, что эта "большая" система подчиняется тем же правилам квантования, что и отдельный атом. Это был скорее качественно новый уровень контроля и измерения, чем сам факт констатации существования квантовых уровней в мзосистемах.
Сверхпроводимость, ферромагнетизм и сверхтекучесть были известны давно, Вы правы! Но тут речь идет не о коллективных явлениях вообще, а о проявлении чисто квантовых эффектов для степени свободы всей системы. В сверхпроводимости мы наблюдаем следствие квантового поведения (нулевое сопротивление), но не можем "пощупать" волновую функцию всей цепи. Лауреаты же продемонстрировали и туннелирование, и квантование именно для единого квантового состояния макроскопического объекта. Это шаг вперед по сравнению с наблюдением лишь статистических следствий квантового поведения.
Не могу не согласиться с тем, что без контекста квантовых вычислений эта премия выглядела бы иначе. Истинная причина - кубиты, тут я подпишусь под каждым Вашим словом.
Что касается объединения теорий, это скорее речевой оборот, классическая механика является предельным случаем квантовой. Однако на практике остается концептуальный разрыв: почему мы не наблюдаем суперпозиций для макроскопических объектов?
omxela
Статья началась с изложения того, за что выдана премия 2025. Но последние 3 абзаца только замутняют дело и сбивают читателя с толку. Достаточно упомянуть открытые в 80-х гг квантовые точки, состоящие из большого количества частиц и демонстрирующие, тем не менее, квантовое поведение, на чём основано многообразное их практическое применение в настоящее время (Нобель по химии 2023 года). Работа физиков, награждённых в 2025 г., говорит сама за себя. Попытка как-то дополнительно их похвалить может привести к противоположным результатам.