(νεώτερη ενημέρωση)
Το βραβείο Νόμπελ 2025 στην Φυσική απονεμήθηκε στους John Clarke, Michel H. Devoret και John M. Martinis «για την ανακάλυψη του μακροσκοπικού φαινομένου κβαντομηχανικής σήραγγας (macroscopic quantum tunnelling) και της κβάντωσης ενέργειας σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα»
Οι βραβευθέντες χρησιμοποίησαν μια σειρά πειραμάτων για να δείξουν ότι οι παράξενες ιδιότητες του κβαντικού κόσμου μπορούν να εκδηλωθούν σε μακροσκοπικά συστήματα. Το ηλεκτρικό ρεύμα (χιλιάδων ή εκατομμυρίων ηλεκτρονίων) μπορεί να διαπερνά φράγματα δυναμικού με τρόπο που δεν επιτρέπεται κλασσικά, παρόμοια με το γνωστό κβαντομηχανικό φαινόμενο σήραγγας. Έδειξαν επίσης ότι αυτά τα μακροσκοπικά συστήματα απορροφούσαν και απέδιδαν την ενέργεια κβαντισμένα. όπως προβλέπει η κβαντομηχανική για τα άτομα.
Τα πειράματά τους σε ένα τσιπ αποκάλυψαν την κβαντική φυσική σε δράση
Ένα βασικό ερώτημα στη φυσική είναι το μέγιστο μέγεθος ενός συστήματος που μπορεί να εμφανίσει κβαντομηχανικά φαινόμενα. Οι βραβευθέντες με το Νόμπελ Φυσικής 2025, διεξήγαγαν πειράματα με ένα ηλεκτρικό κύκλωμα στα οποία επέδειξαν τόσο το κβαντομηχανικό φαινόμενο σήραγγας όσο και την κβάντωσης της ενέργειας σε ένα αρκετά μεγάλο και χειροπιαστό σύστημα.
Η κβαντομηχανική επιτρέπει σε ένα σωματίδιο να κινείται κατευθείαν μέσα από ένα φράγμα, διαμέσου του φαινομένου σήραγγας. Όταν όμως εμπλέκεται μεγάλος αριθμός σωματιδίων, τα κβαντομηχανικά φαινόμενα συνήθως γίνονται αμελητέα. Τα πειράματα των βραβευμένων απέδειξαν ότι οι κβαντομηχανικές ιδιότητες μπορούν να εκδηλωθούν σε μακροσκοπική κλίμακα.
Το 1984 και το 1985, οι John Clarke , Michel H. Devoret και John M. Martinis διεξήγαγαν μια σειρά πειραμάτων με ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα κατασκευασμένο από υπεραγωγούς, οι οποίοι άγουν το ρεύμα χωρίς να εμφανίζουν ηλεκτρική αντίσταση. Στο κύκλωμα, τα υπεραγώγιμα στοιχεία διαχωρίζονταν από ένα λεπτό στρώμα μονωτικού υλικού, μια διάταξη γνωστή ως επαφή Josephson. Βελτιώνοντας και μετρώντας τις διάφορες ιδιότητες του κυκλώματός τους, κατάφεραν να ελέγξουν και να εξερευνήσουν τα φαινόμενα που προέκυπταν όταν διοχέτευαν ρεύμα σε αυτό. Συνολικά, τα φορτισμένα σωματίδια που κινούνταν στον υπεραγωγό αποτελούσαν ένα σύστημα που συμπεριφερόταν σαν να ήταν ένα ενιαίο σωματίδιο που καταλάμβανε ολόκληρο το κύκλωμα.
διαβάστε σχετικά: Μια κβαντομηχανική σήραγγα στα χέρια μας
Αυτό το μακροσκοπικό- σαν σωματίδιο – σύστημα βρίσκεται αρχικά σε μια κατάσταση στην οποία το ρεύμα ρέει χωρίς τάση. Το σύστημα είναι παγιδευμένο σ’ αυτήν την κατάσταση, σαν να βρίσκεται πίσω από ένα εμπόδιο που δεν μπορεί να διασχίσει. Στο πείραμα, το σύστημα δείχνει τον κβαντικό του χαρακτήρα καταφέρνοντας να ξεφύγει από την κατάσταση μηδενικής τάσης μέσω σήραγγας. Η αλλαγή της κατάστασής του ανιχνεύεται μέσω της εμφάνισης μιας τάσης.
Οι βραβευθέντες κατάφεραν επίσης να αποδείξουν ότι το σύστημα συμπεριφέρεται με τον τρόπο που προβλέπεται από την κβαντομηχανική – είναι κβαντισμένο, που σημαίνει ότι απορροφά ή εκπέμπει μόνο συγκεκριμένα ποσά ενέργειας.
«Είναι υπέροχο που μπορούμε να γιορτάσουμε το γεγονός ότι η κβαντομηχανική, παρότι συμπληρώνει έναν αιώνα, συνεχίζει να μας εκπλήσσει. Είναι επίσης εξαιρετικά χρήσιμη, δεδομένου ότι αποτελεί τη βάση κάθε ψηφιακής τεχνολογίας», δήλωσε ο Olle Eriksson, Πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ Φυσικής.
Τα τρανζίστορ στα μικροτσίπ υπολογιστών είναι ένα παράδειγμα της καθιερωμένης κβαντικής τεχνολογίας που μας περιβάλλει. Το φετινό βραβείο Νόμπελ Φυσική ανοίγει δρόμους για την ανάπτυξη της επόμενης γενιάς κβαντικής τεχνολογίας, που περιλαμβάνει την κβαντική κρυπτογραφία, τους κβαντικούς υπολογιστές και τους κβαντικούς αισθητήρες.
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Popular science background: Quantum properties on a human scale (pdf)
2. Scientific background to the Nobel Prize in Physics 2025 (pdf)
Παρακολουθείστε την ανακοίνωση του βραβείου Νόμπελ Φυσικής 2025 (Τρίτη 7 Οκτωβρίου στις 12:45):
Δείτε ΕΔΩ όλα τα βραβεία Νόμπελ Φυσικής από το 1901 έως το 2024.
Κατηγορίες:ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΦΥΣΙΚΗ
physicsgg 
Ο John Martinis αναφέρεται σαν Ελληνοαμερικανός.
σύμωνα με την συνέντευξή του εδώ https://repository.aip.org/node/129661 ο πατέρας του γεννήθηκε στην Κροατία και μετανάστευσε στις ΗΠΑ ….. παρότι μια εφημερίδα τον αναφέρει ως Greek American, John Martinis, to lead Australia’s quantum computer future – The Greek Herald https://share.google/MnqhNXk7FuO9ZWXfQ
συνέντευξη του Τζον Μαρτίνις από τη Νατάσα Μπαστέα στα ΝΕΑ (http://www.in.gr/2025/10/19/):
(…) Είναι νωρίς το πρωί στην Καλιφόρνια, απ’ όπου μας μιλάει ο καθηγητής Φυσικής στο πανεπιστήμιο της Σάντα Μπάρμπαρα και τα συγχαρητήρια δεν σταματούν να καταφθάνουν για το βραβείο Νομπέλ. «Είναι υπέροχο να γυρνάς πίσω στον χρόνο και να θυμάσαι τι συνέβη. Είναι πολύ διασκεδαστικό το ότι οι τρεις μας, ο Τζον, ο Μισέλ κι εγώ πρέπει να συντονίσουμε τις ομιλίες μας για την τελετή απονομής των βραβείων Νομπέλ. Γυρίζουμε πίσω στη δεκαετία του ’80, όταν συνεργαζόμασταν και συζητούσαμε παθιασμένα για το πώς να κάνουμε τα πράγματα με τον σωστό τρόπο. Επίσης απολαμβάνω το ότι μιλάω με τηλεδιάσκεψη σε νέους σε όλο τον κόσμο – σε λίγο θα μιλήσω σε φοιτητές στο Νεπάλ. Μέρος του βραβείου Νομπέλ είναι να γίνω πρεσβευτής της επιστήμης στους νέους. Χαίρομαι πολύ γι’ αυτό».
Περιγράφει τα πολλά μέιλ που δέχτηκε από Ελλάδα – «εξεπλάγην, αλλά μετά κατάλαβα ότι νόμιζαν πως είμαι Έλληνας λόγω του επιθέτου μου». Είμαι κροατικής καταγωγής, απάντησε σε συναδέλφους, υπάρχει όμως μια μικρή ανατροπή. «Ο πατέρας μου ήταν από το νησί Κόμεζα στην Αδριατική, έξω από το Σπλιτ. Κάποιοι έψαξαν τα εκκλησιαστικά αρχεία – βρήκαμε ότι θεωρούσαν την οικογένειά μας νεοφερμένη στο νησί, παρότι βρισκόμασταν εκεί 400 χρόνια. Άρα από κάπου ήρθαμε και το πιο πιθανό είναι να φτάσαμε από την Ελλάδα μια και το επίθετό μας δεν είναι τόσο ασυνήθιστο εκεί, όσο στην Κροατία». Επίτιμος Έλληνας, λοιπόν, αρκετά μας απασχόλησε κι αυτό σε μια εποχή που η επιστήμη αποτελεί παγκόσμια γλώσσα, ας πάμε στα σημαντικά.
Πίσω στη δεκαετία του ’80, όταν κάνατε τα πειράματά σας που σας οδήγησαν σήμερα στο Νομπέλ, πού πιστεύατε ότι θα οδηγούσαν; Είχατε φανταστεί τον κόσμο όπως είναι σήμερα;
Με αφορμή το Νομπέλ σκεφτόμουν την ιστορία και τι συνέβη. Ο Τζον Κλαρκ έκανε κάποια πειράματα που δεν ήταν τόσο διάσημα όσο αυτό για το οποίο τιμηθήκαμε, αλλά έδειχνε ότι μπορούσες να κατασκευάσεις ηλεκτρικές συσκευές και να εντοπίσεις κβαντικά φαινόμενα σε αυτές, όπως κβαντικό θόρυβο. Ήταν κάτι που δεν είχε σκεφτεί. Ο καθηγητής Τόνι Λέτζετ, που βραβεύτηκε με Νομπέλ Φυσικής το 2003, παρατήρησε ότι αυτές οι μικροσκοπικές μεταβλητές, τα ρεύματα και η τάση, στην ουσία περιγράφουν δισεκατομμύρια ηλεκτρόνια που ρέουν, αλλά δεν είχε αποδειχτεί.
Αποφασίσαμε να δουλέψουμε πάνω σε αυτό και να κάνουμε το πείραμα σωστά, να το αποδείξουμε οριστικά. Λειτούργησε πολύ καλά. Μετρήσαμε όλες τις παραμέτρους, τα δεδομένα ήταν καθαρά και φαινόταν θα μπορούσε να ανοίξει ένα πεδίο. Το Saclay στη Γαλλία, όπου βρισκόταν ο Μισέλ Ντεβορέ, είχε μόλις ξεκινήσει ένα νέο εργαστήριο και εγώ ήμουν ο πρώτος μεταδιδακτορικός φοιτητής. Κάναμε όλο και καλύτερα πειράματα που απέδειξαν ότι η κβαντική διάνοιξη σηράγγων ήταν δυνατή με μεγάλα αντικείμενα. Και τότε προέκυψε όλη η ιδέα της κβαντικής υπολογιστικής και των qubits (σ.σ. στοιχειώδης μονάδα κβαντικής πληροφορίας). Χρειάστηκαν μερικά χρόνια για να βρούμε τη χρηματοδότηση και να καταλάβουμε τι να κάνουμε, αλλά μετά ο τομέας άρχισε να αναπτύσσεται. Δεν περίμενα να αναπτυχθεί με τον τρόπο που έγινε αλλά έχει πολύ ενδιαφέρον.
Η κβαντομηχανική είναι δύσκολο να εξηγηθεί. Αν και κατατάσσεται ως ακριβής επιστημονική θεωρία, έχει πολλούς γρίφους και παράδοξα. Μέσω αυτής μαθαίνουμε ότι τα γεγονότα μπορούν να συμβούν χωρίς αιτία, ότι αντικείμενα μπορούν να βρίσκονται σε δύο μέρη ταυτόχρονα, ότι η παρατήρηση του Σύμπαντος μπορεί να το διαταράξει και ότι συστήματα με στοιχεία που βρίσκονται σε όλο τον γαλαξία μπορούν να λειτουργήσουν ως στιγμιαίο σύνολο. Σκέφτομαι ότι αυτό που θεωρούσαμε αδύνατο, η κβαντομηχανική το δείχνει εφικτό. Δεν αλλάζει έτσι η ανθρώπινη εμπειρία;
Η αλήθεια είναι ότι αποτελεί μια κάπως παράξενη φυσική ερμηνεία, τα μαθηματικά που την αφορούν είναι λίγο δύσκολα και δυσνόητα. Τώρα οι νέοι με τους κβαντικούς υπολογιστές μπορούν να δουν μια απλοποιημένη εκδοχή της κβαντομηχανικής με qubits και να αρχίσουν να κάνουν πειράματα. Το πρόβλημα είναι ότι δεν το βλέπεις γύρω σου στην καθημερινή ζωή, αλλά μόλις αρχίσεις να παίζεις με το qubit καταλαβαίνεις τι συμβαίνει και στη συνέχεια αποκτάς περισσότερη διαίσθηση περί φυσικής. Ξέρετε, η επιστήμη και η τεχνολογία κάνουν δυνατά αυτά που θεωρούσαμε αδύνατον να συμβούν. Ναι, αλλάζουμε, ανακαλύπτουμε, προχωράμε. Ευτυχώς.
Tι θα λέγατε στους νέους επιστήμονες σήμερα;
Ψάχνετε για πράγματα με τα οποία να ασχοληθείτε στην καριέρα σας – αν κάτι σας φαίνεται πραγματικά ενδιαφέρον, πρέπει να κατανοήσετε πώς να το κάνετε. Παραμείνετε περίεργοι, κάντε ερωτήσεις. Στην καριέρα σας ξαφνικά θα εμφανιστεί μια νέα ιδέα. Πρέπει να την αναγνωρίσετε και να πείτε ότι αυτό με ενδιαφέρει και να βρείτε έναν τρόπο να ασχοληθείτε μαζί του. Δεν ξέρεις αν θα λειτουργήσει. Είχα την πραγματική ευχαρίστηση στην καριέρα μου να κάνω διαρκώς καινούργια πράγματα. Πάντα είχα αντιδράσεις στις καλύτερες ιδέες. Απαιτούσε ψυχική δύναμη και να σκεφτόμαστε σοβαρά πώς να κάνουμε τα επόμενα βήματα. Στην πραγματικότητα, αυτό συμβαίνει με την εταιρεία μας Qolab, αυτή τη στιγμή. Προτείνουμε κάτι πολύ νέο, τη δημιουργία ενός τεράστιου κβαντικού υπολογιστή. Είναι αρκετά δύσκολο να συγκεντρώσουμε τα χρήματα, αλλά πιστεύουμε πραγματικά ότι αυτό είναι το κλειδί για την επόμενη γενιά.
Δεν φοβάστε να δοκιμάζετε νέα πράγματα;
Ήμουν ενθουσιασμένος όταν πήγα στην Google και ολοκλήρωσα το 2019 το πείραμα κβαντικής υπεροχής. Ήταν ένα τεράστιο πείραμα για να δείξω ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να είναι πραγματικά ισχυροί. Το επόμενο βήμα ήταν να κατασκευάσω έναν κβαντικό υπερ-υπολογιστή. Έφυγα από την Google επειδή τα πράγματα δεν λειτουργούσαν για μένα εκεί. Ήταν υπέροχο όμως επειδή μπορούσα να σκεφτώ πια πολύ ελεύθερα. Έτσι είχα αρκετές ιδέες τόσο για την κβαντική όσο και για επιχειρηματικά μοντέλα συνεργασίας με εταιρείες ημιαγωγών, κάτι μοναδικό. Αυτό κάνουμε στην Qolab που ίδρυσα το 2022.
Νομίζω ότι στο μέλλον, μπορούμε να κάνουμε περισσότερα και καλύτερα πράγματα. Συχνά λέω στις ομιλίες μου: Δείτε πόσα qubits είχαμε στα εργαστήρια αυτά τα 10 χρόνια. Όταν θα φτάσουμε το ένα εκατομμύριο, δεν θα ζω. Αν κοιτάξετε την τεχνολογία κατασκευής qubits από το 1985 έως το 2019 είναι εξαιρετική, αλλά νομίζω ότι πρέπει να γίνει ένα μεγάλο άλμα. Η βασική μας ιδέα είναι να χρησιμοποιήσουμε τα πιο σύγχρονα εργαλεία ημιαγωγών και προηγμένη επεξεργασία για να διορθώσουμε τα διάφορα προβλήματα. Ο τρόπος που το κάναμε αυτό είναι να συνεργαστούμε στην πραγματικότητα με μια εταιρεία που ονομάζεται Applied Materials, η οποία κατασκευάζει τα εργαλεία που χρειαζόμαστε. Θέλουμε να το κάνουμε σωστά. Έχουμε πολλές ιδέες.
Υπάρχει κάποια ημερομηνία που αυτός ο τεράστιος κβαντικός υπολογιστής μπορεί να είναι έτοιμος;
Έχουμε συμμετάσχει σε κάποια πρόταση για ένα κυβερνητικό πρόγραμμα. Όλοι εκεί μιλάνε για το 2033. Στα επόμενα δύο χρόνια θα δούμε αν ο τρόπος μας είναι ο σωστός και εάν ναι, η εξέλιξη θα είναι ραγδαία. Υπάρχει πολλή δημοσιότητα στον τομέα μας και αυξάνονται οι προσδοκίες, αλλά προσπαθώ να είμαι ρεαλιστής. Νομίζω ότι αυτό το είδος χρονικής κλίμακας είναι εφικτό. Αλλά θα πρέπει να το κάνουμε σωστά και δεν είναι εύκολο.
Ο Αϊνστάιν βοήθησε στη διαμόρφωση της κβαντικής θεωρίας, αλλά στο τέλος εξέφρασε αμφιβολίες. Αν τον βλέπατε σήμερα, τι θα του λέγατε;
Αυτή είναι μια τόσο καλή ερώτηση, πρέπει να το σκεφτώ. Ήταν καταπληκτικός στοχαστής. Έχουν γίνει πολλά πειράματα μετά το πείραμα Αϊνστάιν-Ρόζεν (σ.σ. πείραμα, γνωστό και ως το παράδοξο EPR, που προτάθηκε από τους Αλμπερτ Αϊνστάιν, Μπόρις Ποντόλσκι και Νάθαν Ρόζεν για να υποστηρίξουν ότι η κβαντομηχανική είναι μια ελλιπής θεωρία). Θα του έδειχνα το πείραμα κβαντικής υπεροχής, όπου αποδείξαμε ότι μπορούμε να δημιουργήσουμε υπολογιστικούς χώρους, τους οποίους ονομάζουμε χώρους Χίλμπερτ που είναι 10 στη 16η δύναμη, σε μέγεθος. Τεράστιοι. Θα τον εξέπληττε. Πιστεύω ότι θα ενθουσιαζόταν με τις εξελίξεις για τις μαύρες τρύπες στην αστροφυσική. Και με το GPS. Θα ήταν ενθουσιασμένος με όλες τις ιδέες από το κβαντικό πεδίο.
Ας ενθουσιαστούμε κι εμείς. Μιλήστε μας για τις εφαρμογές αυτής της νέας τεχνολογίας στο μέλλον. Πώς θα αλλάξει τη ζωή μας;
Ενας μεγάλος κβαντικός υπολογιστής θα μπορούσε να επιταχύνει την πρόοδο της ανακάλυψης φαρμάκων και κάθε άλλης επιστημονικής έρευνας. Συνεργαζόμαστε με μια εξαιρετική ομάδα επιστημόνων υπολογιστών, θεωρητικών, προγραμματιστών αλγορίθμων και άλλους. Οταν γράψαμε πρόσφατα μια κυβερνητική πρόταση, το συζητήσαμε. Ο κβαντικός υπερ-υπολογιστής θα είναι κρίσιμος για τον υπολογισμό των μορίων, της χημείας, του τρόπου με τον οποίο αλλάζουν τα υλικά. Τελευταία, συχνά αναφέρεται πως θα συνδυαστεί ένας κβαντικός υπολογιστής με τη μηχανική μάθηση και την τεχνητή νοημοσύνη.
Το περιοδικό «Foreign Policy» έγραψε πρόσφατα ότι οι κβαντικοί υπολογιστές και η τεχνητή νοημοσύνη βρίσκονται ακόμη στα αρχικά στάδια ανάπτυξής τους, αλλά είναι δύο πιθανοί «δαίμονες» που αν συνεργαστούν, δεν μπορούμε να προβλέψουμε τα αποτελέσματα.
Εμένα μου αρέσει η ιδέα της συνεργασίας τους. Επειδή θα μπορούμε να φτιάξουμε καλύτερα φάρμακα, καλύτερα υλικά, που δεν θα χρησιμοποιούν σπάνιες γαίες ή ουσίες τοξικές και μη φιλικές προς το περιβάλλον. Συμφωνώ ότι πρέπει να σκεφτούμε το πώς η τεχνητή νοημοσύνη θα μας επηρεάσει με τον σωστό τρόπο. Η εικασία μου είναι ότι καθώς καταλαβαίνουμε πως οι υπερυπολογιστές και η τεχνητή νοημοσύνη συνυπάρχουν προχωρώντας, το ίδιο θα εφαρμοστεί και στην κβαντική. Αυτή τη στιγμή βλέπουμε τι γίνεται με την τεχνητή νοημοσύνη. Για παράδειγμα, ο Τζέφρι Χίντον, που αποκαλείται «νονός της ΤΝ», εργάστηκε στην Google αλλά μετά έφυγε επειδή ήθελε να είναι ελεύθερος να μιλήσει για τους πιθανούς κινδύνους. Εκτιμώ κάποιον με τόσες γνώσεις που κάνει κάτι τέτοιο, προσπαθεί να βεβαιωθεί ότι τα προσεγγίζουμε όλα σωστά.
Κατανοώ ότι σε μια ιδιωτική εταιρεία όπως η Google ανησυχούν για την ανταγωνιστικότητα και θέλουν να κρατήσουν μυστικά. Ένας από τους λόγους που έφυγα κι εγώ από την Google ήταν αυτός. Είχαμε διαφορετικές απόψεις για το τι πρέπει να μη λέγεται. Αν θέλω να φτιάξω έναν υπερυπολογιστή ή έναν κβαντικό υπολογιστή, πρέπει να είμαι ελεύθερος να μιλήσω λίγο γι’ αυτό με άλλους επιστήμονες. Δεν μπορούμε να είμαστε αλαζονικοί και να σκεφτόμαστε ότι γνωρίζουμε τα πάντα.
Ποιο είναι το Άγιο Δισκοπότηρο για τη Φυσική αυτή τη στιγμή;
Εγώ είμαι επικεντρωμένος στον κβαντικό υπολογιστή. Moυ αρέσει, όμως, να φτιάχνω κβαντικές συσκευές και ιδιαίτερα κβαντικούς ανιχνευτές πρωτονίων. Ένας συνάδελφος στο Πανεπιστήμιο της Σάντα Μπάρμπαρα τους χρησιμοποιεί για να παρατηρεί εξωπλανήτες, να τους ανακαλύπτει. Μου αρέσει πολύ η αίσθηση ότι δημιουργούμε συσκευές που οι άνθρωποι μπορούν να χρησιμοποιήσουν στο μέλλον. Το βρίσκω συναρπαστικό.
…να δείτε που θα είναι Μαρτίνιτς ή κάτι τέτοιο. Γιατί υπάρχουν στην Κροατία παρόμοια ονόματα.
Ασχοληθείτε με κάτι σημαντικότερο. Διαβάστε τις πολύ ωραίες συνεντεύξεις των John Martinis , Michel Devoret και John Clarke στο AIP Oral History Interviews:
John Martinis
https://repository.aip.org/node/129661
https://repository.aip.org/_flysystem/repo-bin/2025-03/46976.pdf
Michel Devoret
https://repository.aip.org/node/129778
https://repository.aip.org/_flysystem/repo-bin/2025-03/48197.pdf
John Clarke
https://repository.aip.org/node/129765
https://repository.aip.org/_flysystem/repo-bin/2025-03/47533.pdf
via JD M
Ένα άρθρο σχετικά με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2025 και τους κβαντικούς υπολογιστές ΕΔΩ