Rok 2025 rozdał nagrodę Nobla z dziedziny fizyki Johnowi Clarke’owi, Michelowi Devoretowi i Johnowi Martinisowi za pracę nad pokazaniem, jak cząsteczki kwantowe potrafią tajemniczo przenikać przez materię, proces ten pomógł w stworzeniu technologii kwantowych komputerów, które stanowią podstawę dzisiejszych komputerów kwantowych.
„Jestem kompletnie zaskoczony” – powiedział Clarke po otrzymaniu Nagrody Nobla. „Nigdy w żaden sposób nie przyszłoby mi do głowy, że to może stać się podstawą Nagrody Nobla”.
Cząsteczki kwantowe wykazują wiele dziwnych zachowań, takich jak ich charakter probabilistyczny i fakt, że mogą posiadać tylko określone poziomy energetyczne, zamiast ciągłości. Zdarza im się zachowywać w niespodziewany sposób, np. przenikać przez pozornie stałą barierę. Takie anomalie odkryli fizycy, jak Erwin Schrödinger, w pierwszych dekadach po powstaniu mechaniki kwantowej.
Mimo że te implikacje zachowań były głębokie, jak np. buddowanie teorii rozpadu jądra, naukowcy mogli je obserwować tylko w pojedynczych cząstkach i prostych układach. Nie było jasne, czy bardziej złożone systemy, takie jak obwody elektroniczne, dotychczas opisywane wyłącznie przez fizykę klasyczną, również podlegają tym regułom. Efekty tunelowania kwantowego, na przykład, wydawały się znikać przy analizie systemów na dużą skalę.
W 1985 roku Clarke, Martinis i Devoret, wszyscy działający na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, postanowili to zmienić. Zmierzyli właściwości naładowanych cząsteczek poruszających się przez superprzewodzące obwody zwane złączami Josepha, urządzeniem, za które brytyjski fizyk Brian Josephson zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1973 roku. Te złącza używają drutów o zerowym oporze elektrycznym, oddzielonych odizolującym materiałem.
Badacze pokazali, że cząsteczki przechodzące przez te złącza zachowywały się jak pojedyncza cząsteczka, przyjmując określone poziomy energetyczne, co jest charakterystycznym efektem kwantowym, a także rejestrowały napięcie, które byłoby niemożliwe do zarejestrowania bez tego, by przeskoczyło przez granicę izolującą, jasny przykład tunelowania kwantowego.
To odkrycie, i jego pomoc w zrozumieniu, jak manipulować superprzewodzącymi systemami kwantowymi podobnymi do tego, zrewolucjonizowało dziedzinę nauk kwantowych, pozwalając innym naukowcom na testowanie precyzyjnej fizyki kwantowej na chipach krzemowych.
Superprzewodzące obwody kwantowe stanowiły również podstawę podstawowych elementów składowych komputerów kwantowych, jak kwantowy bit, czyli kubit. Najpotężniejsze komputery kwantowe dzisiaj, zbudowane przez firmy takie jak Google czy IBM, wykorzystują maszyny składające się z setek superprzewodzących kubitów, do których prowadziły wyniki Clarke’a, Martinisa i Devoret’a. „Nasze odkrycie, w pewien sposób, stanowi podstawę komputingu kwantowego” – powiedział Clarke.
Obecnie Martinis i Devoret obydwaj pracują dla oddziału Google Quantum AI, który wyprodukował pierwszy superprzewodzący komputer kwantowy wykazujący przewagę kwantową nad klasyczną maszyną, w 2019 roku. Ale Clarke powiedział komitetowi Noblowskiemu, że wtedy nie było jasne, jak duży wpływ miało ich badanie z 1985 roku. „Nigdy nie przyszłoby nam do głowy, że to odkrycie będzie miało tak duży wpływ”.
