Чтобы понять значимость открытия, за который британец Джон Кларк, француз Мишель Деворе и американец Джон Мартинис были удостоены престижной премии, требует предварительного понимания природы квантового мира. В привычном нам макромире господствуют законы классической физики. Однако при рассмотрении атомов и субатомных частиц эти принципы перестают действовать, уступая место квантовой механике с ее необычными особенностями. К примеру, частица может одновременно существовать в нескольких точках пространства – до момента начала наблюдения за ней.
Квантовое туннелирование представляет собой одно из наиболее примечательных явлений, свойственных квантовому миру. Элеонор Крейн, специалист по квантовой физике из Королевского колледжа Лондона, описывает этот эффект следующим образом: «Представьте себе человека, пытающегося преодолеть горную вершину. В рамках классической физики, если альпинист испытывает недостаток сил, он не сможет достичь противоположной стороны. Но в квантовом мире даже частица с ограниченной энергией имеет шанс оказаться на другой стороне горы».
В середине 1980-х годов Кларк, Деворе и Мартинис провели демонстрацию этого явления, создав миниатюрную электрическую цепь из двух сверхпроводников, разделенных тончайшим изолирующим слоем. Согласно законам классической физики, подобный разрыв должен был нарушить работоспособность цепи; тем не менее, благодаря квантовому туннелированию электроны смогли преодолеть барьер. Это стало подтверждением того, что квантовые эффекты могут проявляться в достаточно крупных системах, доступных для наблюдения с помощью обычного микроскопа. Как отметил нобелевский лауреат 2022 года, физик Ален Аспе, новый эксперимент предоставил долгожданный ответ на вопрос о возможности «квантового поведения» макроскопического объекта: этот вопрос получил положительное подтверждение.
Однако наиболее важным следствием этого открытия стала не только возможность наблюдения квантовых эффектов с помощью микроскопа, хотя и это само по себе является существенным достижением для науки. Главное значение открытия заключается в том, что оно послужило основой для разработки сверхпроводящих квантовых битов, или кубитов.
В противоположность обычным компьютерным битам, которые принимают значения либо единица, либо ноль, кубиты обладают способностью находиться в двух состояниях одновременно. Данное свойство открывает колоссальные перспективы для прорывных технологий будущего, таких как квантовая связь и квантовых компьютеров.
Крейн высказывает мнение о том, что квантовые вычислительные машины могут достичь достаточной мощности, чтобы оказать существенное влияние на развитие общества уже в период от пяти до десяти лет. Физик Грегори Кирос из Университета Джонса Хопкинса отмечает, что лауреаты Нобелевской премии создали фундамент для ряда технологий, в которые многие компании сейчас вкладывают значительные финансовые ресурсы, стремясь разработать масштабные квантовые компьютеры, способные решать определенные типы задач значительно быстрее, чем современные устройства.
По словам исследователей, присуждение Нобелевской премии подчеркивает, что граница между классическим и квантовым мирами гораздо более размыта, чем считалось ранее. И именно эта особенность в будущем трансформирует существующие технологии и наше восприятие реальности.
Ранее ученые раскрыли механизм квантового туннелированияпрошло 100 лет с момента обнаружения этого явления.
