До середины XX века считалось, что квантовые эффекты — например, туннелирование, при котором частица «проходит» сквозь энергетический барьер, — ограничены миром атомов и элементарных частиц. Однако в 1980-х годах группа Кларка, Деворе и Мартиниса из Калифорнийского университета (Деворе также представлял Йельский университет) провела серию экспериментов, показавших, что те же законы действуют и для макроскопических систем.

Их работа была сосредоточена на сверхпроводящих электрических цепях — материалах, которые проводят ток без сопротивления. Исследователи создали систему из сверхпроводников, разделённых тончайшим изолирующим слоем, и обнаружили, что ток в такой цепи ведёт себя не как поток отдельных электронов, а как единое квантовое целое. Эта «сверхпроводящая волна» могла туннелировать между состояниями, преодолевая энергетический барьер — буквально «проходить сквозь стену».

В 1984–1985 годах физики зафиксировали два ключевых эффекта: квантовое туннелирование и дискретность (квантование) энергии в системе. Как объяснил Нобелевский комитет, они доказали, что даже система, состоящая из миллиардов электронов, способна демонстрировать поведение, свойственное отдельным квантовым частицам.

Мост к будущему квантовых технологий

Работы Кларка, Деворе и Мартиниса стали основой для целого направления современной физики — квантовой электроники. Впоследствии именно на принципах сверхпроводящих квантовых колебаний появились квантовые биты (кубиты), лежащие в основе квантовых компьютеров.

Мартинис, в частности, в 2010-х годах возглавил подразделение квантовых вычислений Google и участвовал в проекте, который в 2019 году заявил о достижении «квантового превосходства» — выполнении задачи, недостижимой для классических суперкомпьютеров. Сегодня, спустя десятилетия после первых экспериментов, идеи, за которые присуждена премия, воплощаются в промышленно разрабатываемых устройствах.

«Лауреаты показали, что граница между квантовым и классическим мирами не столь абсолютна, как казалось. Их открытия открыли путь к технологиям, которые когда-то считались научной фантастикой», — говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета.

Контекст и преемственность научной традиции

Нобелевская премия по физике, учреждённая в 1901 году, традиционно отражает эволюцию научного мышления — от открытия рентгеновских лучей Вильгельмом Рентгеном до квантовых компьютеров XXI века. За всё время награду получили 226 человек, причём только пятеро из них — женщины. Среди них Мария Кюри, Мария Гепперт-Майер, Донна Стрикленд, Андреа Гез и Анн Л’Юилье.

Больше всего лауреатов по физике — из США (97). Советский и российский вклад — 11 наград, включая Петра Капицу, Льва Ландау, Жореса Алфёрова и Виталия Гинзбурга. Последний получил Нобелевку по физике в 2003 году.

В прошлом году Нобелевский комитет присудил премию Джону Хопфилду и Джеффри Хинтону за пионерские работы в области машинного обучения и нейросетей — открытие, которое, подобно нынешнему, связало физику с вычислительными технологиями.