Как увидеть квантовый мир невооруженным глазом: разбираем работу Нобелевских лауреатов по физике 2025 года

Почему Нобелевская премия 2025 года разрушает границу между макро- и микромиром

Мяч может пройти сквозь стену. Звучит как фантастика, но физики доказали — это реально. Не для резинового мяча, разумеется. Для макроскопического объекта, который ведет себя как единая квантовая частица.

Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис получили Нобелевскую премию за то, что показали: граница между нашим миром и квантовым — не фундаментальная. Она исчезает, если заставить миллиарды частиц действовать согласованно. Разберем, как они это сделали.

Квантовое туннелирование: не магия, а статистика

Представьте шарик в яме. Чтобы выкатиться, ему нужно перевалить через край. В квантовом мире шарик может просто "протуннелировать" сквозь этот край. Вероятность мала, но она есть.

Это базовое свойство природы. Без него не горело бы Солнце (протоны туннелируют друг к другу, запуская термоядерную реакцию) и не существовало бы некоторых радиоактивных распадов.

Долгое время считалось, что это работает только для одиночных частиц. Миллиарды атомов в мяче не могут "договориться" и туннелировать вместе — их квантовые вероятности разрушают друг друга.

Как заставить миллиарды частиц играть по квантовым правилам

Секрет — в сверхпроводимости. При очень низких температурах электроны в некоторых материалах перестают быть одиночками. Они объединяются в пары Купера. Эти пары — уже не обычные частицы. Они подчиняются статистике бозонов, а значит, могут находиться в одном квантовом состоянии.

Все пары Купера в сверхпроводнике описываются одной волновой функцией. Весь ток течет как единое целое — как одна гигантская частица.

Лауреаты взяли два сверхпроводника и разделили их тонким слоем изолятора. Получился переход Джозефсона. Это и есть та "стена", через которую нужно было заставить туннелировать их искусственную макросистему.

Эксперимент: побег из энергетической ловушки

Систему загнали в состояние с нулевым напряжением — это была энергетическая яма. Потом ученые пускали слабый ток и засекали время. По законам классической физики система должна была оставаться в яме вечно. Но нет — через некоторое время происходил скачок напряжения.

Что это означало? Вся гигантская система из миллиардов пар Купера целиком протуннелировала сквозь барьер. Чтобы убедиться, физики провели тысячи измерений. Статистика совпала с квантовой теорией — ни убавить, ни прибавить.

Личное наблюдение автора: Я часто вижу, как в новостях путают квантовые эффекты с "магией". На самом деле это строгая математика. Ученые даже провели дополнительную проверку — они направили на систему микроволны. Система поглощала энергию только строго определенными порциями (квантами). Это еще одно базовое квантовое свойство — квантование энергии.

Сравнительная таблица: классика vs квантовый мир

Что это значит для нас? Квантовые компьютеры уже здесь

Эта работа — не просто научный курьез. Она лежит в основе сверхпроводниковых кубитов — базовых элементов квантовых компьютеров. "Искусственный атом", созданный лауреатами, — это и есть кубит. Он может быть одновременно в двух состояниях (0 и 1), что позволяет выполнять вычисления, недоступные обычным компьютерам.

Джон Мартинис после этой работы руководил командой Google, которая построила 53-кубитный квантовый процессор Sycamore. В 2019 году он впервые продемонстрировал "квантовое превосходство" — его машина выполнила задачу за 200 секунд, на которую классическому суперкомпьютеру потребовалось бы 10 000 лет.

Резюме от автора

Наша повседневная реальность кажется "обычной" не из-за размера объектов, а из-за хаоса. Если убрать беспорядок и заставить частицы действовать в унисон — квантовые эффекты перестают быть микроскопическими. Нобелевская премия 2025 года — это не про теорию. Это про рукотворный макроскопический объект, который работает как квантовый атом. И это уже меняет технологии прямо сейчас.