Нобеловата награда по физика, 2025: За квантово–механични ефекти и квантуване на енергия в голям мащаб

Кралската шведска академия на науките присъди Нобеловата награда по физика за 2025 г. на: Джон Кларк–Калифорнийски университет, САЩ; Мишел Х. Деворе–Университета Йейл и Калифорнийски университет, САЩ и Джон М. Мартинис–Калифорнийски университет, САЩ ''за откритието на макроскопичния квантов тунелен ефект и квантуването на енергията в електрическа верига'', предаде официалният сайт на Нобеловия комитет.

В серия от експерименти лауреатите демонстрират, че свойствата на квантовия свят могат да бъдат конкретизирани в достатъчно голяма система, съизмерима с човешка ръка. Чрез тунелен ефект* (или тунелиране) електрическа система от свърхпроводници може да преминава от едно състояние в друго, сякаш прониква директно през стена. Според учените системата абсорбира и излъчва енергия в определени дози т.е. нейната енергия се квантува точно както е предсказано от квантовата механика.

Квантовата механика позволява на една частица да се движи директно през бариера, използвайки тунелен процес. При участие на голям брой частици, квантово-механичните ефекти обикновено стават незначителни. Експериментите на лауреатите са демонстрирали, че квантово-механичните свойства могат да бъдат конкретизирани в макроскопичен мащаб.

Транзисторите в компютърните микрочипове са един пример за квантова технология, която използваме постоянно в ежедневието си. Тазгодишната Нобелова награда за физика предостави възможности за разработване на следващото поколение квантова технология, включително квантова криптография, квантови компютри и квантови сензори. 

Тунелният ефект* е квантово-механично явление, при което частица има ненулева вероятност да премине през енергийна бариера, която според класическата механика не може да преодолее. Този ефект е аналогичен на минаване през физически тунел и няма еквивалент в класическата физика, позволявайки на частиците да "проникват" през забранени за тях енергийни области. 

В класическата физика, ако една частица няма достатъчно енергия, за да преодолее потенциална бариера (област с по-висока потенциална енергия), тя не може да я премине. 

В квантовата механика, поради вълновата природа на частиците, съществува вероятност частицата да "тунелира" през бариерата. Тази вероятност, макар и често ниска, е ненулева. 

Процесът се нарича тунелен ефект, защото е подобен на това как човек би минал през тунел, а не би прескочил планина. 

Тунелният ефект е ключов за разбирането на множество природни процеси, включително при разпадането на радиоактивни елементи, в полупроводниковата електроника и флаш памети, при някои химични реакции, където молекулите преминават през енергийни бариери.