Fot. Adobe Stock
Mimo że tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki odnosi się do badań z lat 80. ubiegłego stulecia, współcześnie te fenomeny znajdują zastosowanie w informatyce kwantowej. To bez wątpienia był bodziec do uhonorowania – oznajmił dla PAP prof. Jerzy Łuczka z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.
We wtorek wręczono Nagrodę Nobla z fizyki. Otrzymali ją trzej badacze pracujący na amerykańskich uniwersytetach: John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis – za dokonania w obszarze mechaniki kwantowej. Jak ogłosił Komitet Noblowski, uczeni zostali wyróżnieni „za odkrycie makroskopowego kwantowego tunelowania mechanicznego oraz kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym”.
Zdaniem prof. Jerzego Łuczki z Wydziału Nauk Ścisłych i Techniki Uniwersytetu Śląskiego, nazwiska i osiągnięcia noblistów są dobrze znane fizykom. Dodał też, że choć nagrodzone badania są dawne (jak wspomniał, pierwsze publikacje na ten temat pojawiły się w połowie lat 80. XX wieku), obecnie są one używane w informatyce kwantowej i zapewne to był powód do wyróżnienia – stwierdził.
Jak wyjaśnił badacz, nagrodzeni Noblem fizycy użyli w powszechnych, znanych układach elektronicznych element zwany złączem Josephsona, które było rozpoznawalne już w latach 60. XX wieku i za które również przyznano Nobla w latach 70.
– Złącze Josephsona składa się z dwóch nadprzewodników oddzielonych izolatorem. Zgodnie z klasyczną teorią fizyki, jeśli złącze jest odseparowane izolatorem, to ładunki elektryczne nie mogą przemieszczać się z jednej strony na drugą stronę. Jednakże, gdy uwzględni się efekty kwantowe i kalkulacje metodą fizyki kwantowej, okazuje się, że istnieje niezerowe prawdopodobieństwo, że ładunki z jednego nadprzewodnika jakby przeskoczą przez ten izolator – mówi się, że tunelują przez ten izolator – i wskoczą w drugi nadprzewodnik – opisał rozmówca PAP.
Jak dodał, można to zilustrować przez wyobrażenie sobie trasy przez góry. – Klasycznie poruszalibyśmy się drogami po górach, ale równie dobrze można przedostać się tunelem przez te góry. W fizyce kwantowej tunele nie są jednak faktycznymi otworami w izolatorze, lecz ładunki – nazywane parą Coopera, składającą się z 2 elektronów – tunelują przez górę bez posiadania tuneli. Fenomen tunelowania jest zjawiskiem czysto kwantowym. I ci nagrodzeni fizycy wzięli element składający się ze złącza Josephsona, czyli dwa nadprzewodniki oddzielone izolatorem, i umieścili w klasycznym elektronicznym systemie – i rozpoczęli analizę charakterystyk tego systemu. Okazało się, że można obserwować kwantowanie – relacjonował prof. Jerzy Łuczka.
Po latach okazało się, że złącze Josephsona może być również wykorzystywane w informatyce kwantowej. – Wyobraźmy sobie, że mamy okrąg przecięty złączem Josephsona, gdzie prąd może przepływać w jednym kierunku tego okręgu lub w przeciwnym. Umownie można stwierdzić, że prąd płynie w lewą lub prawą stronę. To implikuje, że posiada dwa stany (prąd w lewo lub prąd w prawo), a więc otrzymujemy kubit, czyli kwantową jednostkę fundamentalnej informacji. A kubity można zastosować do komputerów kwantowych, dlatego złącza Josephsona obecnie są – w różnorodnych postaciach i w różnych konfiguracjach – wykorzystywane w tej wstępnej fazie konstrukcji komputerów kwantowych – objaśnił naukowiec.
Zapytany, czy Nobel z fizyki dla dziedziny mechaniki kwantowej oznacza, że obecnie jest to tendencja w tej dziedzinie, potwierdził, lecz równocześnie dodał, że „od czasu zaistnienia mechaniki kwantowej, czyli 125 lat temu, świat fizyków nieustannie jest zaskakiwany następnymi tajemnicami”.
Nauka w Polsce, Agnieszka Kliks-Pudlik(PAP)
akp/ agt/ lm/
