В 2025 году Нобелевскую премию по физике получили Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис – «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи».
Открытие, сделанное в 1980-е годы, стало первым экспериментальным подтверждением того, что квантовые эффекты могут проявляться не только в микромире, но и в макроскопических системах – в сверхпроводящих электрических цепях.
Что такое «квантово-механическое туннелирование» и почему оно так важно для современной науки, отвечает профессор кафедры радиотехники и электродинамики Саратовского университета Михаил Владимирович Давидович.
М.В. Давидович,
профессор кафедры радиотехники и электродинамики:
Туннелирование – это процесс, при котором частица проходит сквозь энергетический барьер без потери энергии, хотя её собственная энергия может быть меньше высоты этого барьера. В классической физике такое невозможно, а вот квантовая механика не ограничивает область туннелирования: оно может происходить и в макроструктурах, если длина свободного пробега электронов очень велика, например, при низких температурах или в сверхпроводящих материалах.
По словам учёного, Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис использовали сверхпроводники, разделённые тонкими слоями непроводящего материала, – так называемые джозефсоновские переходы. Это позволило наблюдать явление туннелирования на уровне электрических цепей и контролировать возникающее напряжение.
М.В. Давидович,
профессор кафедры радиотехники и электродинамики:
Чем ниже температура, тем более «макроскопическим» становится эффект. Поэтому подобные структуры перспективны для квантовых компьютеров, где используются температуры ниже одного кельвина. Для электроники будущего это можно использовать как получение существенных плотностей тока и управление ими (туннельные и резонансно-туннельны диоды и транзисторы).
Учёный подчёркивает: с физической точки зрения открытие не стало неожиданностью – квантовая механика давно предсказывала возможность такого явления. Однако именно экспериментальное подтверждение макроскопического туннелирования стало отправной точкой для развития новых технологий.
Главное сегодня – не сама идея, а развитие криогенных и сверхпроводящих технологий. Если они реализованы, это уже не фундаментальная наука, а практическая инженерия. Такие цепи позволяют управлять большими плотностями тока, а значит, открывают путь к созданию туннельных и резонансно-туннельных диодов и транзисторов нового поколения, – отмечает профессор.
В Саратовском университете активно развиваются направления, близкие к тематике Нобелевской премии: спин-орбитроника, функциональная магноника, физика наноструктур и квантовых систем. Здесь исследуют, как квантовые эффекты могут использоваться для управления потоками информации, энергии и излучения в микро- и наноразмерных устройствах.
М.В. Давидович,
профессор кафедры радиотехники и электродинамики:
Принципиально новым является то, что следует развивать криогенные и сверхпроводящие технологии. Если они есть, это уже не фундаментальная физика, а практическая реализация.
