دانشمندانی که عجیب‌ترینِ کوانتوم را به جهان واقعی آوردند، جایزه نوبل فیزیک را بردند

سه دانشمندی که آزمایش‌هایشان ثابت کرد قوانین عجیب ماشین‌های کوانتومی می‌تواند بر مدارهای الکتریکی معمولی حاکم شود – کشفی که بعداً امکان‌سنجی کامپیوترهای کوانتومی را فراهم کرد – جایزه دریافت کردند. جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵ در روز سه‌شنبه.

آکادمی سلطنتی علوم سوئد افتخار داد جان کلارک دانشگاه کالیفرنیا، برکلی میشل دووره دانشگاه ییل، و جان مارتینیس قبلاً از هوش مصنوعی کوانتومی گوگل آزمایشگاه، “برای کشف تونل زنی macroscopic مکانیک کوانتومی و کمیته انرژی در یک مدار الکتریکی.”

کار در اواخر دهه ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰، این سه نفر نشان دادند که حلقه‌های ابررسانا که در نزدیکی صفر مطلق خنک شده‌اند می‌توانند مانند اتم‌های مصنوعی بزرگتر عمل کنند – با پرش بین سطوح انرژی گسسته و “تونل زنی” از طریق موانع به شیوه‌ای که پیش‌تر فقط به ذرات زیر اتمی نسبت داده می‌شد.

نتایج آن‌ها یک کنجکاوی نظری را به سخت‌افزار عملی تبدیل کرد. با اثبات اینکه رفتار کوانتومی می‌تواند طراحی شود آنها زمینه را برای گذاشتند کیوبیت‌های ابررسانا اجزای اصلی که اکنون در رایانه‌های کوانتومی پروتوتایپ ساخته شده توسط گوگل، آ ی بی ام و دیگران استفاده می‌شوند.



تا زمانی که کلارک، دووره و مارتینیس آزمایش‌های خود را انجام دادند، مکانی که کوانتومی —فیزیک عدم قطعیت، تونل زنی و همپوشانی—چیزی بود که دانشمندان می‌توانستند مشاهده کنید فقط در سیستم‌های کوچکی مانند اتم‌ها یا فوتون‌ها. هیچ‌کس نمی‌دانست که آیا آن اثرات می‌توانند در چیزی به‌اندازه کافی بزرگ زنده بمانند که… یک مدار بسازید از .

آنچه که آنها ثابت کردند این است که شما می‌توانید یک مدار طراحی کنید—سیم‌ها، حلقه‌ها، تقاطع‌های جوزفسون—که هنوز به طور مکانیکی کوانتومی عمل می‌کند این مدارها می‌توانند اطلاعات را در یک حالت کوانتومی نگه دارند، که دقیقاً همان چیزی است که یک کیوبیت این کار را می‌کند. (یک آ کیوبیت کیوبیت، اختصاری برای کیوانتوم بیت، واحد پایه اطلاعات در یک کامپیوتر کوانتومی است. برخلاف یک بیت کلاسیک که تنها می‌تواند ۰ یا ۱ باشد، یک کیوبیت می‌تواند در حالت ” هم‌پوشانی هر دو حالت را به طور همزمان، که به ماشین‌های کوانتومی اجازه می‌دهد تا بسیاری از امکانات را به طور همزمان پردازش کنند.

بدون توانایی ساخت مدارهای کوانتومی، هیچ کامپیوتر کوانتومی وجود نداشت. آزمایش‌ها دنیای نامرئی کوانتومی را به دستگاه‌های قابل لمس روی میز آزمایش پیوند دادند.

“من کاملاً شگفت‌زده‌ام. البته هرگز به ذهنم خطور نکرده بود که این ممکن است پایه‌ای برای دریافت جایزه نوبل باشد.” کلارک به کنفرانس مطبوعاتی نوبل گفت از طریق تلفن. “من با گوشی موبایلم صحبت می‌کنم و مشکوک هستم که شما هم همین‌طورید و یکی از دلایل اصلی کارکردن گوشی موبایل، به خاطر تمام این کارهاست.”

این سه نفر جایزه نقدی ۱۱ میلیون کرون سوئدی، معادل حدود ۱٫۱۷ میلیون دلار آمریکا را به طور مساوی تقسیم خواهند کرد.

جایزه‌ای که ده‌ها سال در حال شکل‌گیری بود

شناسایی به‌طور تقریبی می‌رسد چهار دهه پس از اثر اصلی که بازتاب‌دهنده تمایل کمیته جایزه نوبل به انتظار برای زمانی است که تأثیر کامل یک ایده غیرقابل انکار باشد. جوایز نوبل فیزیک غالباً با تأخیر اعطا می‌شوند:

• جایزه ۲۰۱۷ برای شناسایی امواج گرانشی نتیجه کارهایی است که از دهه ۱۹۷۰ آغاز شده بود.

• جایزه سیاه‌چاله ۲۰۲۰ به نظریه‌های دهه ۱۹۶۰ برمی‌گردد.

• حتی جایزه انیشتین در سال 1921 به مقاله‌ای از سال 1905 اشاره کرده است.

این مدل دیرینه طولانی بیشتر به عنوان تأییدیه‌ای از اینکه یک ایده واقعاً یک زمینه را متحول کرده است، عمل می‌کند تا به عنوان یک جایزه «دستاورد عمر» . در این مورد، چیزی که زمانی به عنوان یک کنجکاوی نیشی به نظر می‌رسید— اثرات کوانتومی در مدارهای «ماکروسکوپی»— به ستون فقرات صنعت فناوری کوانتوم چند میلیارد دلاری تبدیل شده است.

در چند سال گذشته، ماشین‌های qubit ابررسانا شبیه‌سازی‌های ابتدایی شیمی و آزمون‌های رمزنگاری را انجام داده‌اند و نشان می‌دهد که شاخه‌ای از فیزیک که زمانی مرموز به نظر می‌رسید، اکنون دستگاه‌های واقعی را به حرکت درآورده است. شناسایی ریشه‌های تجربی آن تأکید می‌کند که “شکوفایی کوانتومی” امروز بر اساس کار دقیق در زمینه‌های دمای پایین و طراحی مدار از دوران آنالوگ استوار است.

انتخاب بود به طور گسترده انتظار می‌رود و به طور گسترده مورد استقبال قرار گرفته است برخی از ناظران بر این باور بودند که نظریه‌پردازان پشت کدهای تصحیح خطای کوانتومی ممکن است در صحنه حضور داشته باشند، اما تعداد کمی با این امر اختلاف نظر دارند که کلارک، دووره و مارتینس اثبات اساسی را ارائه کردند که مدارها می‌توانند به‌صورت کوانتومی عمل کنند.

چشم‌انداز بزرگ‌تر

محاسبات کوانتومی هم تهدیدی است و هم فرصتی. تهدید و یک فرصت برای ارز دیجیتال. از یک سو، ماشین‌های کوانتومی قدرتمند ممکن است در نهایت شکستن رمزنگاری کلید عمومی امروز —الگوریتم‌های RSA و منحنی بیضوی که امنیت را فراهم می‌کنند بیت‌کوین کیف‌پول‌ها، امضاهای بلاک‌چین و تراکنش‌های اینترنتی—با تجزیه اعداد بزرگ یا حل مشکلات لگاریتم گسسته به‌طور نمایی سریع‌تر از کامپیوترهای کلاسیک.

از سوی دیگر، اصول کوانتومی همچنین امکان پذیر می‌کنند کریپتوگرافی پساکوانتومی الگوریتم‌های کلاسیکی مقاوم در برابر حملات کوانتومی توزیع کلید کوانتومی که از درهم‌تنیدگی برای شناسایی شنود و وعده حریم خصوصی قابل اثبات استفاده می‌کند.

با بزرگداشت آزمایش‌هایی که بین حوزه‌های کوانتومی و کلاسیک پل زده بودند، آکادمی یک تم آشنا از نوبل را تأکید کرد: تبدیل تناقض به عمل آنچه به عنوان “عجیب‌بودگی کوانتومی” در کتاب‌های درسی آغاز شد، به بنیاد صنعتی نوظهور به ارزش میلیاردها تبدیل شد.