Нобелевская премия по физике 2025 года: Ученые открыли путь к квантовым компьютерам через макроскопическое туннелирование электрических цепей

Ученые, которые принесли квантовую странность в реальный мир, получили Нобелевскую премию по физике. Три ученых, чьи эксперименты доказали, что странные законы квантовой механики могут управлять обычными электрическими цепями — открытие, которое впоследствии сделало возможными квантовые компьютеры, были награждены Нобелевской премией по физике 2025 года во вторник.

Королевская шведская академия наук наградилаДжона Кларка из Университета Калифорнии в Беркли,Мишеля Деворе из Йельского университета иДжона Мартиниса, ранее из лаборатории квантового ИИ Google, `за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи`.

Работая в конце 1970-х и 1980-х годов, эта троица показала, что сверхпроводящие циклы, охлажденные близко к абсолютному нулю, могут вести себя как oversized искусственные атомы — прыгать между дискретными уровнями энергии и `туннелировать` через барьеры способами, которые раньше считались ограниченными субатомными частицами.

Их результаты превратили теоретическую любопытство в практическое оборудование. Доказав, что квантовое поведение можно инженерно реализовать, они заложили основу для сверхпроводящих кубитов, основных компонентов, которые сейчас используются в прототипах квантовых компьютеров, построенных Google, IBM и другими.

До того, как Кларк, Деворет и Мартинес провели свои эксперименты, квантовая механика — физика неопределенности, туннелирования и суперпозиции — была чем-то, что ученые могли наблюдать только в крошечных системах, таких как атомы или фотоны. Никто не знал, могли ли эти эффекты пережить в чем-то достаточно большом, чтобы построить из этого цепь.

Что они доказали, так это то, что можно создать цепь — провода, циклы, соединения Джозефсона — которая все равно ведет себя квантово-механически. Эти цепи могут хранить информацию в квантовом состоянии, что и делает кубит. (Кубит, сокращение от квантового бита, является основным единицей информации в квантовом компьютере. В отличие от классического бита, который равен либо 0, либо 1, кубит может существовать в `суперпозиции` обоих состояний одновременно, что позволяет квантовым машинам обрабатывать множество возможностей одновременно.)

Без возможности создания квантовых цепей не было бы и квантовых компьютеров. Эксперименты связали невидимый квантовый мир с осязаемыми устройствами на лабораторном столе.

`Я совершенно ошеломлен. Конечно, мне никогда в голову не приходило, что это может быть основой для Нобелевской премии,` сказал Кларк на пресс-конференции Нобеля по телефону. `Я говорю по своему мобильному телефону и подозреваю, что вы тоже, и одной из причин, по которой мобильный телефон работает, являются все эти работы.`

Троица разделит денежный приз в 11 миллионов шведских крон, что составляет примерно 1,17 миллиона долларов США. Приз, который ждал своего времени десятилетиями.

Эта награда приходит примерно через четыре десятилетия после первоначальных работ, отражая тенденцию Нобелевского комитета ждать, пока полное воздействие идеи станет неоспоримым. Нобелевские премии по физике часто приходят с опозданием:

• Награда 2017 года за обнаружение гравитационных волн последовала за работой, начатой в 1970-х годах.
• Награда 2020 года за черные дыры восходит к теории 1960-х годов.
• Даже премия Эйнштейна 1921 года ссылалась на статью 1905 года.

Эта длительная модель не является `трофеем за достижения всей жизни`, а скорее подтверждением того, что идея действительно переопределила область. В этом случае то, что раньше казалось нишевым любопытством — квантовые эффекты в `макроскопических` цепях — стало основой многомиллиардной индустрии квантовых технологий.

За последние несколько лет машины на основе сверхпроводящих кубитов провели ранние симуляции химических процессов и криптографические тесты, сигнализируя о том, что когда-то эзотерическая ветвь физики теперь управляет реальными устройствами. Признание ее экспериментальных корней подчеркивает, что сегодняшний `квантовый бум` стоит на кропотливой работе по криогенным технологиям и проектированию цепей с аналоговых времен.

Выбор был широко ожидаем и с радостью воспринят. Некоторые наблюдатели думали, что теоретики, стоящие за кодами квантовой коррекции ошибок, могут разделить сцену, но немногие спорят с тем, что Кларк, Деворет и Мартинес предоставили основное доказательство того, что цепи могут действовать квантово.

Крупная картина: квантовые вычисления несут как угрозу, так и возможности для криптографии. С одной стороны, мощные квантовые машины могут в конечном итоге сломать сегодняшнюю криптографию с открытым ключом — алгоритмы RSA и эллиптической кривой, которые защищают кошельки Биткойн, подписи блокчейна и интернет-транзакции — факторизуя большие числа или решая задачи дискретного логарифма экспоненциально быстрее, чем классические компьютеры.

С другой стороны, квантовые принципы также позволяют создавать постквантовую криптографию (классические алгоритмы, устойчивые к квантовым атакам) и квантовое распределение ключей, которое использует запутанность для обнаружения подслушивания и обещает доказанную секретность.

Отмечая эксперименты, которые связали квантовую и классическую области, Академия подтвердила знакомую тему Нобеля: преобразование парадокса в практику. То, что началось как `квантовая странность` в учебниках, стало основой развивающейся индустрии стоимостью миллиарды.