Открытия, лежащие в основе квантовых компьютеров, получили Нобелевскую премию по физике

В 1980-х годах трое ученых продемонстрировали квантовые эффекты в электрической цепи

За доведение квантовых эффектов до масштабов, которые когда-то считались невозможными, три физика в 2025 году получат Нобелевскую премию по физике.В 1980-х годах Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис обнаружили странные эффекты в особых типах электрических цепей. В этих эффектах участвовали миллиарды электронов. И они проводились на устройстве, достаточно большом, чтобы его можно было держать в руке.

Их открытия поставили под сомнение то, во что верили ученые. Ранее они думали, что квантовые эффекты проявляются в основном в крошечных объектах, таких как отдельные атомы.

Пояснение: Нобелевская премия

Квантовая теория описывает поведение частиц или энергии в мельчайших масштабах. Она предсказывает, что частицы могут совершать неожиданные трюки. Один из таких трюков называется квантовым туннелированием. Это происходит, когда частица проскальзывает сквозь барьер, который, казалось бы, непреодолим.

Представьте, что шарик катится вверх по склону, но не настолько, чтобы достичь вершины. Обычно он скатывается обратно вниз. Но в квантовом мире это похоже на то, как если бы мяч каким-то образом оказался по другую сторону холма.С момента открытия такого поведения схемы технологические компании и исследователи использовали подобные схемы в качестве квантовых битов (или кубитов), из которых состоят квантовые компьютеры.

Поясню: Квантум — это мир сверхмалых устройств

Мощь квантовых компьютеров основана на законах квантовой механики. В небольших масштабах материал ведет себя совсем иначе, чем в более крупных повседневных объектах. Но такое странное поведение дает квантовым компьютерам потенциал для выполнения особых задач. Эти устройства могут помочь в поиске новых лекарств или полезных материалов. Или они могут нарушить работу Интернета. Они могут даже взломать стандартный тип шифрования, используемый для того, чтобы люди не могли шпионить за вашими сообщениями.

“Основы квантовых вычислений в значительной степени основаны на нашем открытии”, — сказал Кларк 7 октября. Он выступил во время анонса о его победе в Шведской королевской академии наук. Кларк работает в Калифорнийском университете в Беркли. Мартинис работает в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Деворет тоже работает там, а также в Йельском университете. Все три физика разделят призовой фонд в размере 11 миллионов шведских крон (более 1,1 миллиона долларов).

<загрузка iframe="отложенная" заголовок="Объяснение квантового туннелирования | Институт теоретической физики Периметра" width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/Yg0LT3n4mYY?feature=oembed " frameborder="0" allow="акселерометр; автозапуск; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп" referrerpolicy="strict-origin-when-cross-origin" allowfullscreen>

Победа, достигнутая за 40 лет становления

Трио изучало особый тип электрической цепи. В нем используется материал, называемый сверхпроводником. В сверхпроводнике электричество может протекать без какого-либо сопротивления. Но только если оно охлаждено до очень низких температур.Исследователи взяли сверхпроводник и покрыли его изолятором. Это материал, который не проводит электричество. Это было похоже на бутерброд со сверхпроводником в качестве основы и изолятором в качестве начинки. В результате получается так называемый джозефсоновский переход. (В данном случае переход — это граница между сверхпроводником и изолятором.)

В 1985 году эта троица впервые сообщила о том, что схема может переключаться между состояниями, в которых есть — и нет — напряжение, проходящее через переход. Это происходит благодаря квантовому туннелированию.Трое ученых также показали, что эта схема поглощает энергию дискретными порциями. Это называется квантованием.“Это основа того, почему работают сверхпроводящие кубиты”, — говорит Андреас Уолрафф. Физик, он работает в этой области в Высшей технической школе Цюриха. Это в Швейцарии. И исследователи не остановились на этих ранних открытиях. “Что было особенным, — говорит он, — так это то, что они также ”на протяжении многих лет продолжали продвигать отрасль вперед разными способами“.

Берите мартини. Он был центральной фигурой в стремлении продемонстрировать, что квантовый компьютер может выполнять вычисления, недоступные традиционному компьютеру. В то время он возглавлял отдел квантовых вычислений Google. Его команда, хотя и спорно, заявила, что достигла этого показателя в 2019 году. С тех пор борьба за подтверждение этого рубежа продолжается.