Królestwo Szwedzkiej Akademii Nauk uhonorowało w 2023 roku Johna Clarke'a, Michela H. Devoreta i Johna M. Martinisa Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za ich fundamentalne odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowego i kwantyzacji energii w obwodach elektrycznych. Praca ta, realizowana w latach 80. XX wieku, wykazała, że zjawiska kwantowe, zazwyczaj obserwowane na poziomie subatomowym, mogą manifestować się w systemach na tyle dużych, by można je było objąć dłonią. Eksperymenty laureatów, wykorzystywały nadprzewodzące obwody elektryczne, w szczególności złącza Josephsona, do zademonstrowania działania fizyki kwantowej w skali makro. Praca ta udowodniła, że zbiorowość cząstek w tych obwodach może zachowywać się jak pojedyncza jednostka kwantowa, wykazując takie efekty jak tunelowanie przez bariery energetyczne oraz absorpcja i emisja energii w dyskretnych pakietach, zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej.
John Clarke, urodzony w Wielkiej Brytanii w 1942 roku, jest profesorem emeritusem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Jego kariera naukowa skupiała się na badaniu kwantowych właściwości nadprzewodników, wnosząc znaczący wkład w rozwój ultraczułych detektorów, takich jak SQUIDy. Michel H. Devoret, pochodzący z Paryża, jest profesorem fizyki stosowanej na Uniwersytecie Yale. Jego współpraca była kluczowa w zademonstrowaniu tunelowania kwantowego w makroskopowych obwodach elektrycznych. John M. Martinis, urodzony w 1958 roku, jest głównym naukowcem w Google Quantum AI. Jego wiedza specjalistyczna w zakresie konstruowania i precyzyjnego dostrajania aparatury eksperymentalnej była fundamentalna dla obserwacji tych wielkoskalowych efektów kwantowych.
Odkrycia Clarke'a, Devoreta i Martinisa stanowią kamień węgielny dla wielu współczesnych technologii, w tym obliczeń kwantowych, kryptografii kwantowej i wysoce czułych czujników. Rozwój kubitów, podstawowych jednostek komputerów kwantowych, jest bezpośrednio powiązany z tymi badaniami. Nagroda, o łącznej wartości 11 milionów koron szwedzkich, zostanie podzielona równo między trzech naukowców. Historyczne korzenie tunelowania kwantowego sięgają początku XX wieku, a fizycy tacy jak George Gamow po raz pierwszy zastosowali tę koncepcję do wyjaśnienia rozpadu alfa w jądrach atomowych w 1928 roku. Późniejsze osiągnięcia Leo Esakiego w dziedzinie półprzewodników i Iwara Giaevera w dziedzinie nadprzewodników, którzy zademonstrowali zjawiska tunelowania elektronów, doprowadziły do przyznania Nagród Nobla w 1973 roku. Wynalezienie skaningowego mikroskopu tunelowego (STM) przez Gerda Binniga i Heinricha Rohrera w 1981 roku, wykorzystującego tunelowanie kwantowe do obrazowania powierzchni na poziomie atomowym, również zostało uhonorowane Nagrodą Nobla w 1986 roku.
Praca laureatów stanowi znaczący krok naprzód, pokazując, że efekty kwantowe nie ograniczają się do mikrokosmosu, ale mogą być wykorzystywane w namacalnych, makroskopowych systemach. To zrozumienie napędza obecnie rozwój technologii kwantowych następnej generacji, obiecując dalsze innowacje, które będą kształtować naszą przyszłość technologiczną. Badania te otworzyły drogę do rozwoju technologii kwantowych, takich jak komputery kwantowe, kryptografia kwantowa i czujniki kwantowe. Zastosowanie złącz Josephsona, które wykorzystują tunelowanie kwantowe, jest kluczowe dla działania kubitów w komputerach kwantowych. Badania te pokazują, jak fundamentalne odkrycia w fizyce mogą prowadzić do rewolucyjnych zmian w technologii, wpływając na takie dziedziny jak komunikacja cyfrowa i obliczenia.