Letošní Nobelova cena za fyziku byla udělena třem vědcům za průlomový výzkum kvantového chování v elektrických obvodech – konkrétně za ukázání kvantového tunelování a kvantování energie v systémech dostatečně velkých na to, aby je bylo možné držet v ruce.

Jejich práce otevírá cestu novým kvantovým technologiím, od výkonnějších počítačů po citlivé senzory.

Královská švédská akademie věd cenu udělila Johnu Clarkovi (Univerzita Kalifornie, Berkeley), Michelu H. Devoretovi (Yale a UC Santa Barbara) a Johnu M. Martinisovi (UC Santa Barbara).

Oficiální odůvodnění zní: za prokázání kvantového tunelování a kvantování energie v elektrickém obvodu, v měřitelné „makroskopické“ podobě.

Tato volba vyvolala mezi odborníky nadšení – podle komentátorů právě ukazuje, že hranice mezi mikrosvětem (kvantový) a makrosvětem (nám běžně pozorovatelným) nejsou tak ostré, jak jsme si dříve mysleli.

Co vlastně objevili?

Kvantové tunelování a kvantování energie. Ve zkratce: kvantové tunelování je jev, kdy částice „propustí“ překážku, přes kterou by podle klasické fyziky nemohla projít – jakoby se občas dokázala objevit za zdí, aniž by ji překonala.

A kvantování znamená, že systém může přijmout či vydávat jen určité „dávky“ energie. Ne hladce, ale po skocích.

Laureáti použili elektrický obvod s Josephsonovou spojkou, kde supravodivé komponenty byly odděleny tenkou nevodivou vrstvou. V takovém obvodu dokázali, že systém může přejít ze stavu „nulového napětí“ (stav, kde elektronický proud plynule běží bez odporu) do jiného stavu právě díky kvantovému tunelování, přechodu „zdí“.

Dále prokázali, že ten samý systém absorbuje nebo vydává energii po konkrétních kvantech – chová se, jako by měl „skoky“ energie, nikoli plynulý rozsah.

To je velké, protože běžně kvantové efekty slábnou, když je v systému mnoho částic – zde ale demonstrace proběhla v systému, který je dostatečně velký, aby byl manipulovatelný rukou.

Význam pro kvantové technologie

Tento výsledek není teoretická hračka, má reálné důsledky. Vědci nyní lépe chápou, jak přenést kvantové jevy do větších systémů, což je klíčový krok pro:

Kvantové počítače, kde se pracuje s qubity, které musí být stabilní a zároveň propojené

Kvantové senzory, které umí měřit extrémně citlivé změny (např. magnetické pole, gravitaci, časové odchylky);

Kvantová kryptografie, zabezpečení komunikace založené na principech kvantové fyziky;

V listu Nobelovy komise se uvádí, že práce laureátů „umožnila, aby kvantová mechanika ukázala svůj účinek v měřitelné, hmatatelné podobě“, což znamená, že nejde o abstrakci, ale o krok směrem k aplikacím.