Чтобы понять значимость открытия, за которое британец Джон Кларк, француз Мишель Деворе и американец Джон Мартинис получили престижнейшую премию, нужно сначала задуматься о том, что из себя представляет квантовый мир. В привычном нам макромире все подчиняется законам классической физики. Но когда речь заходит об атомах и субатомных частицах, эти законы перестают работать, и вступает в силу квантовая механика с ее странными правилами. Например, частица может находиться в нескольких местах одновременно — но только до тех пор, пока за ней не начнут наблюдать.
Квантовое туннелирование — один из самых удивительных эффектов квантового мира. Элеонор Крейн, квантовый физик из Королевского колледжа Лондона, объясняет его так: «Представьте человека, который пытается перелезть через гору. В классическом мире, если альпинист слишком устал, он не доберется до другой стороны. Но в квантовом мире, даже если частица слаба, все еще есть вероятность найти ее на другой стороне горы».
В середине 1980‑х годов Кларк, Деворе и Мартинис доказали это, разработав миниатюрную электрическую схему, состоящую из двух сверхпроводников, разделенных тончайшим изолирующим слоем. По законам классической физики такой разрыв должен был разрушить цепь, однако благодаря квантовому туннелированию электроны смогли «просачиваться» через барьер. Это стало доказательством того, что квантовые эффекты возможны и в достаточно крупных для квантового мира системах, наблюдать которые можно в обычный микроскоп. По словам нобелевского лауреата 2022 года, физика Алена Аспе, новый эксперимент дал долгожданный ответ на вопрос, может ли макроскопический объект «вести себя квантовым образом»: ответ оказался утвердительным.
Но самым важным результатом этого открытия стала даже не возможность наблюдать квантовый эффект с помощью микроскопа, хотя уже это является значительным прорывом для науки. Главное наследие открытия — то, что оно стало фундаментом для разработки сверхпроводящих квантовых битов, или кубитов.
В отличие от классических компьютерных битов, работающих с единицами и нулями, кубиты могут существовать в двух состояниях одновременно. Это свойство имеет огромный потенциал для революционных технологий будущего — квантовой связи и квантовых компьютеров.
Крейн прогнозирует, что квантовые компьютеры могут стать достаточно мощными, чтобы «изменить ход развития общества» уже в ближайшие пять-десять лет. Физик Грегори Кирос из Университета Джонса Хопкинса добавляет: «Новые нобелевские лауреаты заложили основу для множества технологий, в которые многие компании сейчас инвестируют миллионы долларов, пытаясь создать крупномасштабные квантовые компьютеры, способные решать определенные типы задач намного быстрее нынешних устройств».
Как подчеркивают ученые, Нобелевская премия — это признание того, что граница между классическим и квантовым мирами гораздо тоньше, чем мы предполагали. И когда-то именно эта тонкость изменит существующие технологии и наши представления о реальности.
Ранее ученые раскрыли механизм квантового туннелирования спустя 100 лет после открытия этого явления.
