کمیته نوبل، پرده از راز برندگان جایزه نوبل فیزیک امسال برداشت و این افتخار را مشترکاً به جان کلارک، میشل اچ. دوورت و جان ام. مارتینز اهدا کرد. کشف شگفتانگیز آنها؟ آوردن «تونلزنی مکانیکی کوانتومی» و «کوانتیده شدن انرژی» از دنیای ذرات زیراتمی، به مدارهای الکتریکی که به اندازه کافی بزرگ بودند تا در دست ما جا شوند!
غافلگیری نوبلی و کاربردهای روزمره
لحظاتی پس از اعلام رسمی، کمیته نوبل با جان کلارک تماس گرفت. غافلگیری او در مصاحبه تلفنیاش با خبرنگاران کاملاً مشهود بود. او که اعتراف کرد هرگز تصور نمیکرده پژوهششان شایسته نوبل باشد، گفت که از شدت هیجان «نمیتواند به درستی صحبت کند».
اما این حسرت کلمات زودگذر بود. وقتی از او درباره فایده کارشان برای مردم عادی پرسیدند، کلارک یک پاسخ درخشان داد: «این کار کاربردهای روشنی دارد، مواردی مانند تلفنهای همراه… من در حال حاضر با تلفن همراهم با شما صحبت میکنم و یکی از دلایلی که تلفنهای همراه کار میکنند همین مطالعات است.»
فراتر از دیوار: آوردن جادوی کوانتوم به مقیاس ماکروسکوپی
این سه دانشمند بزرگ — کلارک از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی؛ دوورت از ییل و کالیفرنیا، سانتا باربارا؛ و مارتینیز نیز از کالیفرنیا، سانتا باربارا — با آزمایشهایشان بر روی یک تراشه کوچک، یکی از بزرگترین پرسشهای فیزیک را پاسخ دادند: آیا اثرهای کوانتومی فقط متعلق به دنیای ذرات بسیار ریز هستند؟
تصور کنید توپی را به سمت دیوار پرتاب میکنید؛ انتظار میرود برگردد. اما در دنیای کوانتوم، که قلمرو ذراتی چون الکترونهاست، گاهی «توپ» به طرز «جادویی» از دل «دیوار» عبور میکند. این پدیده را «تونلزنی کوانتومی» مینامند. مسئله این است که معمولاً بهمحض اینکه تعداد زیادی ذره با هم جمع شوند، این جادوی کوانتومی ناپدید میشود.
اما برندگان نوبل فیزیک ۲۰۲۵ کاری خارقالعاده انجام دادند: با ساختن یک مدار الکتریکی ابررسانا که بهسادگی در دست جا میگرفت، سامانهای خلق کردند که مانند یک ذره کوانتومی واحد رفتار میکرد!
راز مدارهای ابررسانا: شکستن سد انرژی
در دهههای ۱۹۸۰، کلارک، دوورت و مارتینیز با استفاده از مداری که در آن ابررساناها (که جریان را بدون مقاومت هدایت میکنند) توسط یک لایه نازک نارسانا — که به آن اتصال جوزفسون گفته میشود — از هم جدا شده بودند، شروع به کار کردند.
آنها توانستند یک «شبهذره ماکروسکوپی» (مجموعه بارها در ابررسانا) را در حالتی گیر بیندازند که مانند پشت یک مانع انرژی بود. این سامانه باید در آن حالت «بیولتاژ» باقی میماند. اما در کمال شگفتی، سامانه توانست با استفاده از «تونلزنی» از این حالت فرار کرده و ولتاژدار شود! این یعنی یک سامانه ماکروسکوپی رفتار کوانتومی از خود نشان داد.
همچنین، آنها ثابت کردند که سامانه کاملاً «کوانتیده» است؛ یعنی تنها میتواند مقادیر خاصی از انرژی را جذب یا ساطع کند، دقیقاً همانند پیشبینی مکانیک کوانتومی.
دروازهای به آینده
اوله اریکسون، رئیس کمیته نوبل فیزیک، با هیجان گفت: «فوقالعاده است که مکانیک کوانتومیِ صدساله همچنان شگفتیهای تازهای را رو میکند.» این علم نه تنها شگفتانگیز است، بلکه به شدت «سودمند» نیز هست و شالوده تمام فناوریهای دیجیتال امروزی، از جمله ترانزیستورها را تشکیل میدهد.
جایزه نوبل امسال، در واقع درِ فرصتهای جدیدی را به روی نسل بعدی فناوریهای کوانتومی گشوده است؛ از رایانههای کوانتومی بسیار قدرتمند و رمزنگاری کوانتومی فوقایمن گرفته تا حسگرهای کوانتومی با دقت بینظیر. این یعنی جادویی که کلارک، دوورت و مارتینیز آن را در مقیاس ماکروسکوپی عملی کردند، اکنون میتواند آینده فناوری ما را متحول سازد.
