Квантовое туннелирование. За что дали Нобеля по физике

Нобелевская премия по физике в 2025 году досталась Джону Кларку из Калифорнийского университета в Беркли, Майклу Деворе и Джону Мартинису из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре за «открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантование энергии в электрическом контуре». Об этом объявил представитель Нобелевского комитете на церемонии в Стокгольме.

Одним из важных вопросов физики до недавнего времени оставался вопрос о том, каких размеров может быть физическая система, способная проявлять квантово-механические свойства. Законы квантовой механики позволяют движущейся частице преодолевать энергетические барьеры благодаря процессу, который называется туннелированием. Эксперименты оцененных нобелевским комитетом ученых показали, что в определенных системах их квантовые свойства могут наблюдаться не только на микроскопическом, но и на макроскопическом уровне.

В 1984-85 годах исследователи провели эксперименты с электрическими контурами, состоящими из сверхпроводников — элементов, способных проводить электрический ток без потерь энергии, то есть с нулевым сопротивлением. В этом контуре сверхпроводники были отделены друг от друга тонким слоем изолятора. Такую комбинацию из разделённых диэлектриком сверхпроводников, не позволяющим проводит электрический ток, называют джозефсоновским контактом.

Экспериментируя с настройками контура, ученые исследовали феномен, при котором все заряженные частицы в нем ведут себя одинаково — как если бы в этом контуре находилась лишь одна частица. Эта система оказывалась «заперта» в состоянии, при котором ток в контуре возникал и без приложения напряжения. Однако в экспериментах система демонстрировала квантовые свойства, переходя из состояния с нулевым напряжением в состояние, при котором оно генерируется на концах контура.

Эксперименты также показали способность системы к квантованию, то есть поглощению и излучению энергии не в любых количествах, а определенными порциями.

В 2024 году Нобелевская премия по физике была присуждена Джону Хопфилду из Принстонского университета и Джефри Хинтону из Университета Торонто за «основополагающие открытия и разработки, которые сделали возможным машинное обучение с искусственными нейронными сетями»