Нобелівська премія з фізики 2025: Вчені відкрили шлях до квантових компютерів через макроскопічні квантові ефекти

Вчені, які принесли квантову дивність у реальний світ, отримали Нобелівську премію з фізики.

Троє вчених, чий експеримент довів, що дивні правила квантової механіки можуть керувати звичайними електричними схемами, що пізніше стало можливим для створення квантових комп`ютерів, були нагороджені Нобелівською премією з фізики 2025 року у вівторок.

Королівська шведська академія наук відзначилаДжона Кларка з Університету Каліфорнії в Берклі,Мішеля Деворета з Єльського університету таДжона Мартініса, колишнього співробітника лабораторії квантового штучного інтелекту Google, “за відкриття макроскопічного квантового механічного тунелювання та квантизації енергії в електричному колі”.

Працюючи в кінці 1970-х і 1980-х років, тріо показало, що надпровідні петлі, охолоджені до близько абсолютного нуля, можуть поводитися як надмірні штучні атоми — стрибати між дискретними енергетичними рівнями та “тунелювати” через бар`єри способами, які раніше вважалися доступними лише для субатомних частинок.

Їхні результати перетворили теоретичну цікавість на практичне обладнання. Довівши, що квантова поведінка може бути спроектована, вони заклали основи для надпровідних кубітів, основних компонентів, які тепер використовуються в прототипах квантових комп`ютерів, створених Google, IBM та іншими.

До моменту, коли Кларк, Деворет та Мартініс провели свої експерименти, квантова механіка — фізика невизначеності, тунелювання та суперпозиції — була чимось, що вчені могли спостерігати лише в крихітних системах, таких як атоми або фотони. Ніхто не знав, чи можуть ці ефекти вижити у чомусь достатньо великому, щоб зібрати з цього схему.

Що вони довели — це те, що можна спроектувати схему — дроти, петлі, контакт Джозефсона — яка все ще веде себе квантово механічно. Ці схеми можуть утримувати інформацію в квантовому стані, що є точним визначенням того, що робить кубіт. (Кубіт, скорочення від квантового біту, є основною одиницею інформації в квантовому комп`ютері. На відміну від класичного біта, який може бути або 0, або 1, кубіт може існувати в “суперпозиції” обох станів одночасно, що дозволяє квантовим машинам обробляти багато можливостей одночасно.)

Без можливості створювати квантові схеми не існувало б квантових комп`ютерів. Експерименти пов`язали невидимий квантовий світ з відчутними пристроями на лабораторному столі.

“Я повністю вражений. Звісно, мені ніколи не спало на думку, що це може стати основою для Нобелівської премії,” — повідомив Кларк на пресконференції Нобелівського комітету по телефону. “Я говорю по мобільному телефону, і підозрюю, що ви також, і однією з основних причин, чому мобільний телефон працює, є вся ця робота.”

Тріо розділить грошову премію в 11 мільйонів шведських крон, або близько 1,17 мільйона доларів США.

Премія, що була багато років на шляху

Це визнання прийшло приблизно через чотири десятиліття після початкової роботи, відображаючи тенденцію Нобелівського комітету чекати, поки повний вплив ідеї стане незаперечним. Нобелівські премії з фізики часто з`являються пізно:

• Нобелівська премія 2017 року за детекцію гравітаційних хвиль послідувала за роботою, розпочатою в 1970-х.
• Нобелівська премія 2020 року за чорну діру відслідковує назад до теорії 1960-х років.
• Навіть нагорода Ейнштейна 1921 року посилалася на статтю 1905 року.

Ця модель затримки більше функціонує як “трофей за життєві досягнення”, ніж як підтвердження того, що ідея дійсно змінила сферу. У цьому випадку те, що колись здавалося нішевою цікавинкою — квантові ефекти в “макроскопічних” схемах — стало основою багатомільярдної індустрії квантових технологій.

Протягом останніх кількох років машини на базі надпровідних кубітів виконували ранні хімічні симуляції та криптографічні тести, сигналізуючи про те, що колись есотерична галузь фізики тепер живить реальні пристрої. Визнання її експериментальних коренів підкреслює, що сьогоднішній “квантовий бум” базується на копіткій кріогенній та проектувальні роботі з аналогового етапу.

Вибір був широко очікуваним і загалом схваленим. Деякі спостерігачі вважали, що теоретики, які стоять за кодами виправлення квантових помилок, могли б поділити сцену, але мало хто заперечує, що Кларк, Деворет і Мартініс надали необхідні докази того, що схеми можуть діяти квантово.

Більша картина

Квантове обчислення є як загрозою, так і можливістю для криптовалют. З одного боку, потужні квантові машини можуть в кінцевому рахунку зламати сучасну криптографію з відкритим ключем — алгоритми RSA та еліптичні криві, які захищають гаманці Bitcoin, підписи блокчейну та інтернет-транзакції, розкладаючи великі числа або вирішуючи проблеми дискретного логарифму експоненційно швидше, ніж класичні комп`ютери.

З іншого боку, квантові принципи також дозволяють пост-квантову криптографію (класичні алгоритми, стійкі до квантових атак) та квантовий розподіл ключів, який використовує заплутування для виявлення прослуховування та обіцяє доведену таємницю.

Відзначаючи експерименти, що поєднували квантову та класичну сфери, Академія підтвердила знайому тему Нобеля: перетворення парадоксу на практику. Те, що починалося як “квантова дивність” у підручниках, стало основою нової індустрії, вартісної в мільярди.