Az Egyesült Államokban dolgozó három tudós eredményei lehetőséget teremtettek a következő generációs kvantumtechnológia fejlesztésére, beleértve a kvantumkriptográfiát, a kvantumszámítógépeket és a kvantumérzékelőket – emelték ki az akadémia közleményében.

A fizika egyik fontos kérdése, hogy mekkora lehet a legnagyobb méretű rendszer, amelyben kvantummechanikai hatások figyelhetők meg. Az idei Nobel-díjasok egy elektromos áramkörrel végzett kísérleteik során egy olyan rendszerben demonstrálták a kvantummechanikai alagúteffektust és a kvantált energiaszinteket, amely elég nagy volt ahhoz, hogy az ember a kezébe fogja – hangsúlyozták.

A kvantummechanika lehetővé teszi, hogy egy részecske az úgynevezett alagúteffektus révén egyenesen áthaladjon egy akadályon. Amint nagyszámú részecske vesz részt a folyamatban, a kvantummechanikai hatások általában jelentéktelenné válnak. A díjazottak kísérletei bebizonyították, hogy a kvantummechanikai tulajdonságok makroszkopikus méretben is konkrét formát ölthetnek – írták a Nobel-díj honlapján.

Felidézték, hogy 1984-ben és 1985-ben John Clarke, Michel H. Devoret és John M. Martinis egy sor kísérletet végzett egy – az áramot ellenállás nélkül vezető – szupravezetőkből épített elektromos áramkörrel. Az áramkörben a szupravezető részeket egy vékony szigetelőréteg választotta el egymástól. Az áramkör különböző tulajdonságainak finomításával és mérésével képesek voltak irányítani és vizsgálni azokat a jelenségeket, amelyek akkor jelentkeztek, amikor áramot vezettek át rajta. A szupravezetőn áthaladó töltött részecskék együttesen olyan rendszert alkottak, amely úgy viselkedett, mintha egyetlen részecske lenne, amely kitölti az egész áramkört.

Ez a makroszkopikus, részecskeszerű rendszer kezdetben olyan állapotban van, amelyben az áram feszültség nélkül áramlik. A rendszer ebben az állapotban ragad, mintha egy áthatolhatatlan akadály mögött lenne. A kísérletben a rendszer kvantumjellegét mutatja, amikor az alagúteffektus révén sikerül kilépnie a nulla feszültségű állapotból. A rendszer megváltozott állapotát a feszültség megjelenése jelzi, ami makroszkopikus tulajdonsága az áramkörnek.

A díjazottak azt is bizonyítani tudták, hogy a rendszer a kvantummechanika által előrevetített módon viselkedik – kvantált, vagyis csak meghatározott mennyiségű energiát képes elnyelni vagy kibocsátani.

„Csodálatos azt ünnepelni, hogy az évszázados kvantummechanika folyamatosan új meglepetésekkel szolgál. Ez rendkívül hasznos is, mivel a kvantummechanika minden digitális technológia alapja” – mutatott rá Olle Eriksson, a fizikai Nobel Bizottság elnöke.

John Clarke 1942-ben született Cambridge-ben, és jelenleg a Kaliforniai Egyetem berkeley-i intézményének tudósa. A Párizsból származó, 72 éves Michel H. Devoret kutatásait a Yale Egyetemen és a Kaliforniai Egyetemen, Santa Barbarában végzi, és az utóbbi egyemen dolgozik a 67 éves amerikai díjazott, John M. Martinis is.