巨視的トンネル効果における画期的発見:2025年ノーベル物理学賞が示す量子世界の拡大

編集者: Irena I

2025年10月7日、スウェーデン王立科学アカデミーは、ジョン・クラーク氏、ミシェル・デヴォレ氏、ジョン・マーティニス氏の3名に対し、ノーベル物理学賞を授与すると発表しました。この栄誉は、超伝導回路における巨視的量子トンネル効果とエネルギー量子化現象に関する基礎的な発見に対して贈られたものです。1980年代にその端緒が開かれたこの研究は、量子効果が従来考えられていたよりも遥かに大きなシステムにも浸透していることを確固たるものにしました。

この科学的な飛躍の本質は、通常原子レベルでしか観測されなかった量子効果を、電気回路内で直接測定可能な領域へと実験的に移行させた点にあります。カリフォルニア大学バークレー校、イェール大学、そしてカリフォルニア大学サンタバーバラ校に所属していたこれらの研究者たちは、超伝導体内のクーパー対(数十億個の粒子からなる集合体)が、あたかも単一の量子的な実体として機能することを実証しました。彼らが用いたのは、2つの超伝導体が薄い絶縁層で隔てられた「ジョセフソン接合」として知られる微細な電気回路でした。

古典物理学の枠組みでは、このような回路は開いた状態を維持すると予測されます。しかし、トンネル効果のおかげで、電子は同期してこの障壁を乗り越え、測定可能な電圧を発生させました。これにより、顕微鏡で観察できるシステムにおいて量子的な振る舞いを捉えることが可能となり、量子世界の境界を巨視的な領域へと押し広げたのです。クラーク氏、デヴォレ氏、そしてマーティニス氏の研究は、ジョン・マーティニス氏による超伝導量子ビット(キュービット)の開発を含む、後の世代の技術の基盤を築きました。

今日、超伝導回路は、Google、IBM、Microsoftといった巨大企業が開発に取り組む量子プロセッサを構築するための主要なプラットフォームの一つとなっています。ノーベル委員会は、量子力学の普遍性を強調し、「今日の先端技術の中で、量子力学に依存しないものはない」と指摘しました。サラトフ大学のミハイル・ダヴィドヴィッチ教授は、これらの効果を観測するために必要な極低温(1ケルビン未満)の条件が、将来の量子コンピューターにとって極めて有望であり、電流の密度を大幅に高め、それを制御する道を開くとコメントしています。

受賞者たちは、1100万スウェーデンクローナ(約120万米ドルに相当)の賞金を分け合います。授賞式は2025年12月10日にストックホルムで予定されています。この出来事は、現象の核心を理解しようとする最も大胆な科学的探求が、最終的に最も具体的な技術的進歩の触媒となるという事実を改めて思い起こさせるものです。

ソース元

  • Frontline

  • Nobel Prize in Physics 2025 - NobelPrize.org

  • John Clarke, Michel Devoret, John Martinis win physics Nobel Prize - The Washington Post

  • Nobel Prize in physics awarded to 3 University of California faculty | University of California

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