جایزه نوبل فیزیک 2025 برای تونل زنی کوانتومی
آکادمی سلطنتی علوم سوئد تصمیم گرفت جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵ را به:
جان کلارک
دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، ایالات متحده
میشل ه. دوورو
دانشگاه ییل، نیو هیون، کنتیکت و
دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، ایالات متحده
جان م. مارتینیس
دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، ایالات متحده
«به خاطر کشف تونلزنی مکانیک کوانتومی ماکروسکوپی و کوانتش انرژی در یک مدار الکتریکی» اهدا کند.
آزمایشهای آنها فیزیک کوانتومی را در عمل روی یک چیپ نشان داد
یکی از پرسشهای اصلی در فیزیک این است که یک سامانه تا چه اندازه میتواند بزرگ باشد و هنوز اثرات مکانیک کوانتومی را نشان دهد. برندگان امسال جایزه نوبل فیزیک آزمایشهایی با یک مدار الکتریکی انجام دادند که در آن هم تونلزنی کوانتومی و هم ترازهای انرژی کوانتیدهشده در سیستمی به اندازهای بزرگ که در دست جا میگرفت، به نمایش گذاشته شدند.
مکانیک کوانتومی به یک ذره اجازه میدهد تا از میان مانعی که به طور معمول غیرقابل عبور است، عبور کند؛ پدیدهای که «تونلزنی» نام دارد. به محض اینکه تعداد زیادی ذره درگیر شوند، اثرات کوانتومی معمولاً بیاهمیت میشوند. اما آزمایشهای این برندگان نشان داد که ویژگیهای مکانیک کوانتومی میتوانند در مقیاس ماکروسکوپی نیز به شکلی ملموس بروز کنند.
در سالهای ۱۹۸۴ و ۱۹۸۵، جان کلارک، میشل ه. دوورو و جان م. مارتینیس مجموعهای از آزمایشها را با یک مدار الکترونیکی ساختهشده از ابررساناها انجام دادند؛ اجزایی که میتوانند جریان را بدون مقاومت الکتریکی عبور دهند. در این مدار، اجزای ابررسانا با لایهای نازک از مادهای نارسانا از هم جدا شده بودند – آرایشی که به آن «پیوند جوزفسون» گفته میشود. آنها با تنظیم و اندازهگیری دقیق ویژگیهای مختلف مدارشان توانستند پدیدههایی را که هنگام عبور جریان از مدار پدید میآمد بررسی و کنترل کنند. ذرات بارداری که از ابررسانا عبور میکردند، در مجموع سامانهای را تشکیل میدادند که مانند یک ذره واحد رفتار میکرد و کل مدار را در بر میگرفت.
این سامانه شبهذرهای ماکروسکوپی در آغاز در حالتی قرار دارد که جریان بدون هیچ ولتاژی در آن جریان دارد. این سامانه در این حالت به دام افتاده است، گویی پشت مانعی است که نمیتواند از آن عبور کند. در آزمایش، سامانه ویژگی کوانتومی خود را نشان میدهد و از حالت بدون ولتاژ از طریق تونلزنی خارج میشود. تغییر حالت سامانه از طریق ظهور ولتاژ شناسایی میشود.
برندگان همچنین نشان دادند که سامانه همانگونه که مکانیک کوانتومی پیشبینی میکند رفتار میکند – یعنی کوانتیده است، به این معنا که تنها میتواند مقادیر مشخصی از انرژی را جذب یا منتشر کند.
«شگفتانگیز است که میتوانیم جشن بگیریم چگونه مکانیک کوانتومی، با بیش از یک قرن قدمت، همچنان ما را شگفتزده میکند. این نظریه همچنین فوقالعاده مفید است، زیرا پایهی تمام فناوری دیجیتال امروزی به شمار میرود.»
این را اوله اریکسون، رئیس کمیته نوبل فیزیک، بیان کرد.
ترانزیستورهای موجود در ریزتراشههای کامپیوتر نمونهای از فناوری کوانتومی تثبیتشدهای هستند که در اطراف ما وجود دارد. جایزه نوبل فیزیک امسال فرصتهایی برای توسعه نسل بعدی فناوریهای کوانتومی فراهم کرده است، از جمله رمزنگاری کوانتومی، رایانش کوانتومی و حسگرهای کوانتومی.
مطالعه بیشتر:
دیدگاهتان را بنویسید