Νόμπελ Φυσικής: Οι Τζον Κλαρκ, Μισέλ Ντεβορέ και Τζον Μ. Μαρτίνις τιμήθηκαν με το βραβείο

Το πρωί της Τρίτης, 07.102025, τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσικής τρεις επιστήμονες οι Τζον Κλαρκ (John Clarke), Μισέλ Ντεβορέ (Michel H. Devoret) και Τζον Μ. Μαρτίνις (John M. Martinis).

Οι τρεις επιστήμονες βραβεύτηκαν με το Νόμπελ Φυσικής για το 2025,, «για την ανακάλυψη της μακροσκοπικής κβαντομηχανικής σήραγγας και της κβαντοποίησης της ενέργειας σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα».

Οι βραβευθέντες με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2025, Τζον Κλαρκ (John Clarke), Μισέλ Ντεβορέ (Michel H. Devoret) και Τζον Μ. Μαρτίνις (John M. Martinis), πραγματοποίησαν μια σειρά πειραμάτων με τα οποία απέδειξαν ότι οι παράξενες ιδιότητες του κβαντικού κόσμου μπορούν να γίνουν χειροπιαστές σε ένα σύστημα αρκετά μεγάλο ώστε να χωρά στην παλάμη του χεριού.

Το υπεραγώγιμο ηλεκτρικό τους σύστημα μπορούσε να μεταπηδήσει από μία κατάσταση σε άλλη, σαν να διέρχεται κατευθείαν μέσα από έναν τοίχο. Έδειξαν επίσης ότι το σύστημα απορροφούσε και εξέπεμπε ενέργεια σε συγκεκριμένες, διακριτές ποσότητες, ακριβώς όπως προβλέπει η κβαντομηχανική.

Το Νόμπελ Φυσικής απονέμεται από τη Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών και συνοδεύεται από χρηματικό έπαθλο 11 εκατομμυρίων σουηδικών κορωνών που μοιράζονται οι νικητές του βραβείου, αν είναι περισσότεροι από ένας, όπως συμβαίνει συχνά.

Το έργο που τους χάρισε το Νόμπελ

Ένα από τα μεγάλα ερωτήματα της φυσικής είναι ποιο είναι το μέγιστο μέγεθος ενός συστήματος που μπορεί να επιδείξει κβαντομηχανικά φαινόμενα. Οι φετινοί βραβευθέντες με το Νόμπελ Φυσικής διεξήγαγαν πειράματα με ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, στο οποίο απέδειξαν τόσο τη μακροσκοπική κβαντομηχανική σήραγγα όσο και τα κβαντοποιημένα ενεργειακά επίπεδα, σε ένα σύστημα αρκετά μεγάλο ώστε να χωρά στην παλάμη του χεριού.

Η κβαντομηχανική επιτρέπει σε ένα σωματίδιο να περάσει κατευθείαν μέσα από ένα φράγμα, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται σήραγγα (tunnelling). Όταν όμως εμπλέκονται μεγάλοι αριθμοί σωματιδίων, τα κβαντομηχανικά φαινόμενα συνήθως καθίστανται αμελητέα. Τα πειράματα των βραβευθέντων έδειξαν ότι οι κβαντομηχανικές ιδιότητες μπορούν να γίνουν χειροπιαστές σε μακροσκοπική κλίμακα.

Το 1984 και 1985, οι Τζον Κλαρκ (John Clarke), Μισέλ Ντεβορέ (Michel H. Devoret) και Τζον Μ. Μαρτίνις (John M. Martinis) πραγματοποίησαν μια σειρά πειραμάτων με ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα κατασκευασμένο από υπεραγωγούς – υλικά που μπορούν να άγουν ρεύμα χωρίς ηλεκτρική αντίσταση. Στο κύκλωμα αυτό, τα υπεραγώγιμα τμήματα χωρίζονταν από ένα λεπτό στρώμα μονωτικού υλικού, μια διάταξη γνωστή ως ένωση Josephson (Josephson junction). Με τη βελτίωση και τη μέτρηση όλων των ιδιοτήτων του κυκλώματός τους, κατάφεραν να ελέγξουν και να μελετήσουν τα φαινόμενα που προέκυπταν όταν διέρρεαν ρεύμα μέσα από αυτό. Τα φορτισμένα σωματίδια που κινούνταν στον υπεραγωγό συμπεριφέρονταν συνολικά σαν ένα ενιαίο σωματίδιο που καταλάμβανε ολόκληρο το κύκλωμα.

Αυτό το μακροσκοπικό «σωματιδιοειδές» σύστημα βρίσκεται αρχικά σε μια κατάσταση όπου το ρεύμα ρέει χωρίς καθόλου τάση. Το σύστημα είναι παγιδευμένο σε αυτήν την κατάσταση, σαν να βρίσκεται πίσω από ένα φράγμα που δεν μπορεί να υπερβεί. Στο πείραμα, το σύστημα αποδεικνύει τον κβαντικό του χαρακτήρα καταφέρνοντας να διαφύγει από την κατάσταση μηδενικής τάσης μέσω σήραγγας. Η αλλαγή της κατάστασης ανιχνεύεται από την εμφάνιση μιας τάσης.

Οι βραβευθέντες μπόρεσαν επίσης να δείξουν ότι το σύστημα συμπεριφέρεται όπως προβλέπει η κβαντομηχανική — δηλαδή είναι κβαντοποιημένο, απορροφώντας ή εκπέμποντας μόνο συγκεκριμένες ποσότητες ενέργειας.

«Είναι θαυμάσιο να μπορούμε να γιορτάζουμε τον τρόπο με τον οποίο η αιωνόβια κβαντομηχανική συνεχίζει να μας επιφυλάσσει νέες εκπλήξεις. Είναι επίσης εξαιρετικά χρήσιμη, καθώς αποτελεί τη βάση όλης της ψηφιακής τεχνολογίας», δήλωσε ο Όλε Έρικσον (Olle Eriksson), πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ για τη Φυσική.

Τα τρανζίστορ στα μικροτσίπ των υπολογιστών είναι ένα παράδειγμα της ήδη καθιερωμένης κβαντικής τεχνολογίας που μας περιβάλλει. Το φετινό Βραβείο Νόμπελ Φυσικής ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη της επόμενης γενιάς κβαντικής τεχνολογίας, που περιλαμβάνει την κβαντική κρυπτογραφία, τους κβαντικούς υπολογιστές και τους κβαντικούς αισθητήρες.