από τον Αντώνη Κύρο, καθηγητή Φυσικής του 4ου ΓΕΛ Ιωαννίνων “ΑΚΑΔΗΜΙΑ”
Το Νόμπελ Φυσικής του 2025 απονέμεται στους John Clarke, Michel H. Devoret και John M. Martinis για την ανακάλυψη του μακροσκοπικού κβαντομηχανικού φαινομένου της σήραγγας (tunnelling) και της κβάντωσης της ενέργειας σε ηλεκτρικό κύκλωμα. Το φαινόμενο της σήραγγας είναι μια ιδιότητα που αποδίδεται σε ένα κβαντικό σωματίδιο το οποίο, αν και διαθέτει ενέργεια χαμηλότερη από ένα ενεργειακό φράγμα δυναμικού, μπορεί να το διαπεράσει. Πρόκειται για καθαρά κβαντικό φαινόμενο, το οποίο είναι απόρροια της αρχής της αβεβαιότητας του Heisenberg, καθώς ένα κλασικό σωματίδιο δεν θα μπορούσε να υπερβεί το φράγμα αυτό. Όταν ένα παιδί πετάει μια μπάλα σε ένα συμπαγή τοίχο, κλασικά θα περιμέναμε η μπάλα αφού βρει στο τοίχο να ανακλαστεί από την πλευρά του παιδιού. Στον κβαντικό κόσμο όμως είναι δυνατόν να συμβεί κάτι διαφορετικό, δηλαδή η μπάλα να διαπεράσει τον συμπαγή τοίχο μέσω του φαινομένου της σήραγγας. Στις κλίμακες που αντιλαμβανόμαστε άμεσα, αυτό δεν πρόκειται να συμβεί. Κι΄ όμως μπορεί να συμβεί κάτι που αγγίζει τα όρια του ασύλληπτου. Οι βραβευθέντες απέδειξαν ότι ένα ολόκληρο ηλεκτρικό κύκλωμα —που περιέχει δισεκατομμύρια ηλεκτρόνια— μπορεί να συμπεριφερθεί ως ενιαία κβαντική οντότητα με διακριτά ενεργειακά επίπεδα, όπως ακριβώς συμβαίνει με ένα μοναδικό σωματίδιο. Ακόμη περισσότερο, έδειξαν ότι αυτή η οντότητα μπορεί να περάσει από ένα «εμπόδιο» χωρίς να αποκτήσει την ενέργεια που είναι απαραίτητη σε ένα κλασικό σωματίδιο. Τη δεκαετία του 1980 οι τρεις επιστήμονες κατόρθωσαν να επιδείξουν αυτά τα φαινόμενα, χρησιμοποιώντας κυκλώματα υπεραγωγών βασισμένα σε μια κβαντική διάταξη που αποτελείται από δύο υπεραγωγούς που διαχωρίζονται από ένα λεπτό φράγμα μονωτή. Έτσι οι βραβευθέντες κατέγραψαν μεταβάσεις μέσω του φαινομένου της σήραγγας σε μακροσκοπική κλίμακα και απέδειξαν ότι η απορρόφηση και η εκπομπή ενέργειας από αυτά τα κυκλώματα συμβαίνει σε διακριτές ποσότητες, όπως ακριβώς προβλέπει η κβαντική θεωρία.
Η σημασία των πειραμάτων τους είναι τεράστια: απέδειξαν ότι η κβαντική συμπεριφορά δεν περιορίζεται σε μικροσκοπική κλίμακα, αλλά μπορεί να εκδηλωθεί και να μετρηθεί σε μεγαλύτερα συστήματα, ανοίγοντας τον δρόμο για εφαρμογές όπως οι κβαντικοί υπολογιστές, η κβαντική κρυπτογράφηση και οι υπερευαίσθητοι αισθητήρες. Ο John Clarke διακρίνεται για τη συνεισφορά του στα συστήματα μέτρησης με υπεραγωγούς, ο Michel Devoret συνέβαλε τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά στην ανάπτυξη κατάλληλων διατάξεων, και ο John M. Martinis, μαθητής του Clarke, έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην πειραματική επιβεβαίωση της κβαντικής συμπεριφοράς σε κυκλώματα. Πυλώνες στην ανάδειξη κβαντικής συμπεριφοράς σε κλίμακες πολύ μεγαλύτερες από αυτές του ατόμου αποτελούν μεταξύ άλλων η δημιουργία στο εργαστήριο του συμπυκνώματος Bose–Einstein από τους Eric Cornell, Wolfgang Ketterle και Carl Wieman (Νόμπελ Φυσικής το 2001), μιας κατάστασης που παρουσιάζει κβαντική συμπεριφορά στην κλίμακα μερικών μικρομέτρων. Πολύ πιο πρόσφατα, το 2017 ερευνητές της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, με επικεφαλής τον Jian-Wei Pan —μαθητή του Zeilinger— χρησιμοποίησαν τον δορυφόρο QUESS (Quantum Experiments at Space Scales) για να στείλουν εναγκαλισμένα ζεύγη φωτονίων σε επίγειους σταθμούς που απείχαν μεταξύ τους 1.200 χλμ. Τα αποτελέσματα αυτά άνοιξαν τον δρόμο για τη δημιουργία του κβαντικού διαδικτύου και την ανάπτυξη της κβαντικής κρυπτογραφίας. Αυτά τα μεγάλα επιτεύγματα μαζί με την δουλειά των John Clarke, Michel H. Devoret και John M. Martinis ανοίγουν διάπλατα το δρόμο προς την ανίχνευση και διαχείριση της κβαντικής συμπεριφοράς της ύλης σε μακροσκοπικό επίπεδο, αποτελώντας τα θεμέλια για μια νέα εποχή της ανθρωπότητας που θα στηρίζεται στην κβαντική τεχνολογία.
(Πηγές: APS Physics Magazine, Nobel Prize Committee)
