Nobelova nagrada za fiziku 2025: Makroskopsko kvantno tunelovanje i njegov značaj za tehnologiju

U klasičnom svetu, ako bacite loptu o zid, ona će se odbiti nazad svaki put. Zid ostaje neprobojan, a lopta nikada ne prolazi kroz njega. Ali u kvantnom svetu, pravila su drugačija. Kada elektron naiđe na prepreku koju ne bi mogao klasično da savlada, postoji mala šansa, ali stvarna da će „proći kroz zid“. Ovaj neintuitivni fenomen poznat je kao kvantno tunelovanje, i upravo je on srž otkrića koje je donelo trojici naučnika ovogodišnju Nobelovu nagradu za fiziku.

Dobitnici su Džon Klark, Mišel Devore i Džon Martinis sa Univerziteta Kalifornija u Berkliju, koji su 1984. i 1985. dokazali da se kvantno tunelovanje može posmatrati i u makroskopskim sistemima. To znači da kvantna svojstva, ranije rezervisana samo za subatomske čestice, mogu postojati i u sistemima sastavljenim od triliona elektrona.

Njihov ključni alat bio je Džozefsonov spoj – struktura u kojoj su dva superprovodnika razdvojena tankim slojem izolatora. Na toj granici, struja može tunelovati bez primene napona, a sistem se ponaša kao da je jedno jedinstveno kvantno telo. Klarkov tim pokazao je da takva elektronska kola imaju zasebne energetske nivoe, baš kao atomi, i da mogu prelaziti iz jednog stanja u drugo putem kvantnog tunelovanja.

Ovim eksperimentima rođen je makroskopski kvantni sistem – objekat koji se ponaša kao jedna ogromna kvantna čestica. Kasnije je Martinis, jedan od trojice laureata, iskoristio najniža dva energetska nivoa ovih veštačkih „atoma“ kao osnovu za kvantne bitove (qubite), čime je postavljen temelj za današnje kvantne računare.

Otkriće makroskopskog kvantnog tunelovanja nije samo potvrdilo da kvantna mehanika važi i za „velike“ objekte, već je i omogućilo razvoj čitavog niza tehnologija – od kvantnih računara i preciznih mernih instrumenata do naprednih MRI sistema.

Kako ističe Irfan Sidiki, predsednik katedre za fiziku na Berkliju:

„Oni su pokazali da električno kolo može da se ponaša kao jedan atom. To je bio pradeda svih qubita. Danas su naši sistemi složeniji, ali ideja da se Džozefsonovi spojevi mogu kvantno kvantizovati potekla je upravo iz tih eksperimenata.“

U godini kada svet obeležava 100 godina kvantne fizike, Nobelov komitet nagrađuje upravo ono što spaja teoriju i stvarnost — dokaz da kvantni svet nije skriven samo u mikroskopskom, već i u makroskopskom domenu koji možemo videti, meriti i koristiti.

Klark, Devore i Martinis nisu samo probili energetske barijere, oni su probili granice našeg razumevanja stvarnosti, piše BigThink.