Fot. Adobe Stock
Ujawnienie wpływów kwantowych w systemie makroskopowym toruje ścieżkę dla nowatorskich technologii – oznajmił we wtorek PAP prof. Teodor Buchner z Politechniki Warszawskiej. Dodał, że fenomeny opisane przez noblistów będą miały ogromny wpływ na naukę oraz ekonomię przyszłości.
Fizycy pracujący na amerykańskich uniwersytetach – John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis – zostali we wtorek mianowani laureatami Nagrody Nobla z fizyki za odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowo-mechanicznego i kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym.
Doniosłość nagrodzonego Noblem odkrycia objaśniał w rozmowie z PAP dr hab. inż. Teodor Buchner, profesor Politechniki Warszawskiej, szef Zakładu Fizyki Układów Złożonych i członek Rady Klastra Q – Zgrupowania Technologii Kwantowych.
Przypomniał, że fundamenty fizyki kwantowej sięgają 1926 r., gdy Erwin Schrödinger przedstawił podstawy mechaniki kwantowej, uhonorowane Noblem w 1933 roku. – Pierwotnie fizyka dotyczyła sporych ciał, obiektów makroskopowych; dopiero w schyłku XIX w. pojawiła się fizyka atomowa, molekularna. Fizycy zaczęli rozważać, czy mikrokosmos można opisać tymi samymi zasadami, co świat makroskopowy. Okazało się, że nie. Było to nie lada zaskoczeniem, dlatego przełomowe prace Schrödingera, Heisenberga, Pauliego, Diraca czy Bohra były tak nieodzowne – wyjaśniał fizyk.
Odmienność tych reguł – jak precyzował – opiera się na tym, że w świecie makroskopowym masie można przypisać dowolną energię, na przykład rzucić przedmiot z dowolną szybkością albo obracać nim dowolnie prędko. Natomiast w mikrokosmosie, jeżeli chce się przekazać jakiemuś obiektowi energię, można stosować tylko kwanty. – W mikroświecie niektóre parametry są „spakowane”, inaczej mówiąc skwantowane. To tak, jakbym mógł ciskać obiekt albo wolno, albo szybko, albo jeszcze szybciej – i byłyby to jedyne trzy tego typu możliwości. Tymczasem w świecie makroskopowym różne zmienne, na przykład energia albo prędkość, posiadają charakter ciągły – opisywał prof. Buchner.
Dodał, że składnikiem tej teorii mikroświata są właśnie eksperymenty dotyczące tunelowania, wyróżnione tegorocznym Noblem z fizyki. – Tunelowanie to fenomen, który – przekładając na świat makroskopowy – można pojąć następująco: jeżeli będę bardzo często uderzał piłką w ścianę, to w którymś momencie piłka przez tę ścianę przedostanie się – tłumaczył badacz. Zjawisko tunelowania znajduje zastosowanie techniczne w mikroskopach lub elementach elektronicznych. W naturze występuje ono przykładowo w pierwiastkach promieniotwórczych.
Prof. Buchner stwierdził, że przełom w nauce nagrodzony tegorocznym Noblem wypływa stąd, że w fizyce zaczęła się przesuwać granica między tym, co dotyczy skali mikro, a co makro. – W ostatnich latach ukazało się mnóstwo dowodów na to, że istnieją obiekty makroskopowe, czyli z naszego „rozległego” świata, które zachowują się zgodnie z regułami mikroskopowymi. Praca Clarke’a, Devoreta i Martinisa ukazuje właśnie, że bariera między mikroświatem a makroświatem nie jest tak sztywna, jak poprzednio sądzono. To kolejny z rzędu dowód na kwantową naturę zjawisk makroskopowych; a takie twierdzenie w czasach Schrödingera brzmiało niczym herezja – zaznaczył.
Rozmówca PAP wyznał, że tegoroczny Nobel osobiście bardzo go raduje. – To jest ów reflektor skierowany na styk makroświata i mikroświata, uwidaczniający, że istnieją tam zjawiska, o których wcześniej nie mieliśmy pojęcia. W związku z tym czas zrewidować wiele dotychczasowych przekonań – podkreślił szef Zakładu Fizyki Układów Złożonych.
Wśród polskich badaczy, którzy od lat akcentują potrzebę przedefiniowania granicy między klasycznym a kwantowym, jest dr Jarosław Duda z Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Prof. Buchner zauważył, że rozwój fizyki kwantowej wpływa na wiele dziedzin życia powszedniego i ekonomii – farmację, medycynę, chemię, biologię albo bezpieczeństwo narodowe. Dzięki tej gałęzi powstają nie tylko komputery kwantowe, ale na przykład nowatorskie czujniki radiowe i magnetyczne; czujniki chemiczne, które potrafią wykrywać znikomo niskie stężenia różnych substancji; mikroskopy tunelowe i nowe techniki obrazowania (jak te wykorzystujące splątanie kwantowe – odkrycie uhonorowane Noblem 2022) albo magnetometry, czyli bardzo wrażliwe mierniki pola magnetycznego.
– Dostrzegam ogromne zadania stojące przed fizyką w dialogu z pozostałymi naukami i wiążę spore nadzieje z impulsem, który ten Nobel powinien wywołać w fizyce – stwierdził rozmówca PAP.
Zaznaczył, że także w Polsce fizyka kwantowa prężnie się rozwija, czego dowodem jest m.in. działalność Klastra Q – Zgrupowania Technologii Kwantowych, w ramach którego uczelnie i przedsiębiorcy mówią jednym językiem. – Z uwagi na to, że wokół budżetu nauki toczy się aktualnie niezwykle burzliwa debata, to ważne, aby w kreowaniu strategii kwantowej pamiętać o takich technologiach, jak sensory, które będą miały niebagatelny wpływ na życie gospodarcze, a które potrafimy w Polsce rozwijać i to na światowym poziomie – zaakcentował.
– To jest pierwszy Nobel za odkrycie efektów kwantowych w systemie makroskopowym. Ta nagroda toruje drogę dla nowatorskich technologii, dla elektroniki XXI wieku, która będzie oparta na regułach mikroświata. Zdarzało się, że Noble przyznawano odkryciom, które już miały zastosowanie – tak było na przykład z rezonansem magnetycznym stosowanym w medycynie. Nagrodzona w tym roku praca to odkrycie przyszłości, które oczekuje na wykorzystanie. Komitet Noblowski wysłał bardzo dobitny sygnał, żeby się tymi zagadnieniami energicznie teraz zająć. Środowisko polskich fizyków, fotoników, elektroników czy inżynierów materiałowych jest gotowe na to wyzwanie – podsumował prof. Teodor Buchner.
Nauka w Polsce, Anna Bugajska (PAP)
abu/ bar/ mhr/
