Главный вопрос физики, объясняется на сайте Нобелевской премии, - это максимальный размер системы, которая может продемонстрировать квантово-механические эффекты. Лауреаты Нобелевской премии этого года провели эксперименты с электрической схемой, в ходе которых они продемонстрировали как квантово-механическое туннелирование, так и квантованные уровни энергии в системе, достаточно большой, чтобы ее можно было держать в руке.
Квантовая механика позволяет частице проходить сквозь барьер, используя процесс, называемый туннелированием. Как только задействовано большое количество частиц, квантово-механические эффекты обычно становятся незначительными. Эксперименты лауреатов продемонстрировали, что квантово-механические свойства могут быть конкретизированы в макроскопическом масштабе.
В 1984 и 1985 годах Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис провели серию экспериментов с электронной схемой, построенной из сверхпроводников, компонентов, которые могут проводить ток без электрического сопротивления. В этой схеме сверхпроводящие компоненты были разделены тонким слоем непроводящего материала - схема, известная как джозефсоновский переход. Усовершенствовав и измерив все различные свойства своей схемы, они смогли контролировать и исследовать явления, возникающие при пропускании через нее тока. Вместе заряженные частицы, движущиеся по сверхпроводнику, образуют систему, которая ведет себя так, как если бы они были единой частицей, заполняющей всю цепь.
Эта макроскопическая система, подобная частицам, изначально находится в состоянии, при котором ток течет без какого-либо напряжения, объясняет сайт Нобелевской премии. В этом состоянии система находится в ловушке, как будто за барьером, который она не может преодолеть. В эксперименте система демонстрирует свой квантовый характер, поскольку ей удается выйти из состояния нулевого напряжения с помощью туннелирования. Измененное состояние системы определяется по появлению напряжения.
Лауреаты также могли продемонстрировать, что система ведет себя так, как предсказывает квантовая механика: она квантована, что означает, что она поглощает или испускает только определенное количество энергии.
“Замечательно иметь возможность отметить, что вековая квантовая механика постоянно преподносит новые сюрпризы. Это также чрезвычайно полезно, поскольку квантовая механика является основой всех цифровых технологий”, - говорит Олле Эрикссон, председатель Нобелевского комитета по физике.
Транзисторы в компьютерных микрочипах - один из примеров современных квантовых технологий, которые нас окружают. Нобелевская премия по физике, присужденная в этом году, открывает возможности для разработки следующего поколения квантовых технологий, включая квантовую криптографию, квантовые компьютеры и квантовые датчики.
В 2024 году, напомним, лауреатами стали американец Джон Хопфилд из Принстонского университета и канадец Джеффри Хинтон из Университета Торонто «за фундаментальные открытия и изобретения, которые позволяют проводить машинное обучение с помощью искусственных нейронных сетей». Награжденные ученые обучали искусственные нейронные сети с использованием физики.
Как это ведется, в преддверии нобелевской недели различные эксперты давали прогнозы насчет «нобелевцев» по физике за 2025 год.
По мнению, например, руководителя аналитического отдела Института научной информации Clarivate Дэвида Пендлбери, квантовые вычисления - это развивающаяся область, которая вполне достойна Нобелевской премии. Этот эксперт определяет “достойных Нобелевской премии” людей, анализируя, как часто коллеги-ученые цитируют их ключевые научные работы на протяжении многих лет.
В этом году Пендлбери назвал двух физиков, которые могли бы рассчитывать на «Нобеля» за их работу над квантовыми битами, или кубитами, основной единицей информации, используемой для кодирования данных в квантовых вычислениях. Речь идет о Дэвидн Дивинченцо, профессоре Института квантовой информации при Университете Аахена в Германии, и Дэниеле Лоссе, профессоре теоретической физики в Университете Нью-Йорка и Базельском университете в Швейцарии.
“Конечно, квантовые вычисления вызывают большое ожидание, и, вероятно, в этом отношении много ажиотажа, но я вернулся к этим чрезвычайно цитируемым статьям, и я думаю, что эта статья Дивинченцо и Лосса была процитирована почти 10 000 раз, астрономическое число, - цитирует CNN Дэвида Пендлбери, ссылающегося на исследование 1998 года, опубликованное в журнале Physical Review A. – Их идея заключалась в том, чтобы использовать кубиты в качестве фундаментального механизма создания квантового компьютера”.
А онлайн-редактор журнала Physics World Хэмиш Джонстон, вдохновленный прошлогодней Нобелевской премией по физике, которая была присуждена двум ученым-компьютерщикам за их работу над искусственным интеллектом, предположил, что лауреаты 2025 года будут награждены за их работу над квантовой информацией и алгоритмами. Большая часть новаторских работ в этой области была выполнена несколько десятилетий назад и принесла свои плоды в виде функционирующих квантовых компьютеров и криптографических систем. Джонстон в этой связи назвал четырех человек (Питер Шор, Жиль Брассар, Чарльз Беннетт и Дэвид Дойч), подчеркнув, что только трое могут разделить премию.
Хэмиш Джонстон отметил также, что давно пора было получить премию в области ядерной физики и физики элементарных частиц – последняя была присуждена 10 лет назад. Однако в последнее время было не так много крупных открытий в этой области, констатировал эксперт. Двумя аспектами физики элементарных частиц, которые оказались очень плодотворными в 21 веке, стали изучение кварк–глюонной плазмы, образующейся при столкновении тяжелых ядер, и точное изучение антивещества – например, наблюдение за тем, как оно ведет себя под действием силы тяжести. Но Джонстон предположил, что, возможно, еще слишком рано присуждать Нобелевскую премию в этих областях.
Одной из возможностей для получения Нобелевской премии по физике элементарных частиц является разработка теории космической инфляции, которая стремится объяснить наблюдаемую природу нынешней Вселенной, ссылаясь на экспоненциальное расширение Вселенной в ее самой ранней истории. Если бы премия присуждалась за инфляцию, она, скорее всего, досталась бы Алану Гуфу и Андрею Линде, отмечает Хэмиш Джонстон.
Напомним, что процесс выбора лауреатов носит в высшей степени секретный характер, поэтому искать намеки на то, кто станет лауреатами в этом году, бесполезно. Действительно, непосредственно перед объявлением только члены Нобелевского комитета по физике и Класс физики Шведской королевской академии наук знают, кто станет нобелевскими лауреатами. Данные на сей счет могут быть раскрыты только через пятьдесят лет.
Процесс номинирования и отбора кандидатов начинается с того, что Нобелевский комитет по физике рассылает конфиденциальные формы компетентным личностям. Правом подачи предложений о присуждении «Нобелевки» по физике пользуются: члены Шведской королевской академии наук (как шведские, так и иностранные). Кроме них – члены Нобелевского комитета по физике; лауреаты Нобелевской премии по физике; профессора физических наук в университетах и технологических институтах скандинавских стран, а также Каролинского института в Стокгольме и пр.
За выбор лауреатов отвечает Шведская королевская академия наук, назначающая рабочий орган (Нобелевский комитет по физике), который, в свой черед, проверяет номинации и представляет предложения для определения окончательных кандидатов.
Всего с 1901 по 2024 год Нобелевская премия по физике присуждалась 118 раз, причем только в 47 случаях награда доставалась единственному лауреату, в остальных же случаях ее делили между несколькими учеными. Таким образом, за прошедшие годы премию получили 227 человек, в их числе и американец Джон Бардин, ставший единственным в истории дважды лауреатом «Нобеля» по физике (сначала он получил эту премию вместе с Уильямом Брэдфордом Шокли и Уолтером Браттейном в 1956 году, а потом – уже в 1972 г. – наряду с Леоном Нилом Купером и Джоном Робертом Шриффером «за основополагающую теорию обычных сверхпроводников»).
Лауреатами премии по физике по состоянию на 2024 год стали лишь пять женщин. Последней награжденной женщиной стала в позапрошлом году Анна Л'Юилье. До нее премии по физике удостоились Мари Кюри (она, как широко известно, получила не только награду по физике в 1903 году, но и премию по химии в 1911 году), Мария Гёпперт-Майер (ее наградили совместно с Хансом Йенсеном в 1963 г. «за открытия, касающиеся оболочечной структуры ядра»), Донна Стрикленд из Канады, награжденная в 2018 году за «поворотные изобретения в сфере лазерной физики», а также Андреа Гец в 2020 году.
Самым молодым лауреатом в этой номинации уже давно остается австралиец Лоуренс Брэгг, получивший премию в 1915 году в возрасте 25 лет вместе со своим отцом Уильямом Генри Брэггом за заслуги в исследовании кристаллов с помощью рентгеновских лучей. А самым пожилым из «нобелевцев» по физике в 2018 году оказался 96-летний Артур Эшкин.
Лауреатами Нобелевской премии по физике в прошлом стали несколько наших соотечественников. В 1958 г. были отмечена работа сразу трех ученых из СССР (Павел Черенков, Илья Франк и Игорь Тамм), в 1962 г. премию присудили Льву Ландау, а в 1964-м – Николаю Басову и Александру Прохорову. В 1978 г. Нобелевскую премию по физике вручили Петру Капице. В 2000 г. нобелевским лауреатом по физике стал Жорес Алферов, а в 2003 г. – Алексей Абрикосов и Виталий Гинзбург. В 2010 г. лауреатами стали Андрей Гейм и Константин Новосёлов.
Еще один любопытный статистический факт: почти каждый четвертый лауреат Нобелевской премии по физике – иммигрант, то есть переехал в другую страну.
Обсудить