Nobelova nagrada za fiziku dodijeljena je Johnu Clarkeu, Michelu H. Devoretu i Johnu M. Martinisu za njihov rad na kvantnoj mehanici, čime su utrli put novoj generaciji izuzetno moćnih kompjutera.

“Ne postoji napredna tehnologija koja se danas koristi, a da se ne oslanja na kvantnu mehaniku, uključujući mobilne telefone, kamere… i optičke kablove,” saopštio je Nobelov komitet.

Odluku je objavila Kraljevska švedska akademija nauka na konferenciji za novinare u Stockholmu, Švedska, piše BBC.

“Blago rečeno, to je bilo iznenađenje mog života,” rekao je profesor John Clarke, rođen u Cambridgeu, UK, koji sada radi na Univerzitetu Kalifornije u Berkeleyju.

Michel H. Devoret, rođen u Parizu, profesor je na Univerzitetu Yale, dok je John M. Martinis profesor na Univerzitetu Kalifornije, Santa Barbara.

Trojica laureata podijelit će nagradni fond od 11 miliona švedskih kruna (oko 872.000 funti).

Probijanje kvantnih barijera

Nobelov komitet je prepoznao revolucionarni rad koji su ova tri naučnika izvela u seriji eksperimenata tokom 1980-ih, a koji se odnosio na električna kola.

Prema riječima komiteta, nagradu su dobili za “otkriće makroskopskog kvantno-mehaničkog tuneliranja i kvantizacije energije u električnom kolu”.

Čak i za oblast koja se često smatra nerazumljivom, ovo otkriće zvuči zagonetno. Ali njegove implikacije su duboke i dalekosežne. Elektronski uređaji koje većina nas koristi oslanjaju se na to znanje, a ovi nalazi se sada koriste za izgradnju ekstremno moćnih kompjutera.

“Ovo je nešto što vodi razvoju kvantnog kompjutera. Mnogi ljudi rade na kvantnom računarstvu, a naše otkriće je na mnogo načina osnova toga,” rekao je profesor Clarke telefonom na konferenciji za novinare, samo nekoliko trenutaka nakon što mu je saopštena vijest o nagradi.

Djelovao je iznenađeno što je njegov rad, završen prije četrdeset godina, dostojan najprestižnije naučne nagrade. “Potpuno sam zapanjen. U to vrijeme nismo ni na koji način shvatali da bi ovo moglo biti osnova za Nobelovu nagradu,” rekao je.

Kvantna mehanika se odnosi na ponašanje sićušnih stvari u subatomskom svijetu. Odnosi se na ono što čestice poput elektrona rade u minijaturnom svijetu.

Otkriće makroskopskog kvantno-mehaničkog tuneliranja (MQT) temelj je nagrađenog rada. U klasičnoj fizici, da bi čestica prešla energetsku barijeru (zid), mora imati dovoljno energije da je preskoči. Međutim, u kvantnom svijetu, na nivou subatomskih čestica, važe druga pravila.

Tuneliranje je fenomen u kojem čestica, poput elektrona, ima određenu vjerovatnoću da “prokopa tunel” i prođe kroz barijeru čak i ako nema dovoljnu energiju da je preskoči. To je kao da lopta prođe kroz čvrsti zid – nemoguće u našem, ali moguće u kvantnom svijetu.

Ono što su Clarke, Devoret i Martinis dokazali je da se ovaj fenomen, koji se do tada smatrao ekskluzivnim za mikroskopski svijet, može demonstrirati i u makroskopskim električnim kolima. To znači da kvantna pravila, koja su nevjerovatno precizna na subatomskom nivou, funkcionišu i na nivou kola koja se mogu posmatrati i kontrolisati u laboratoriji.

Njihov rad je pokazao da se kvantizacija energije (činjenica da energija u kvantnom svijetu dolazi u diskretnim paketima, ne u kontinuumu) primjenjuje i na energiju električnih kola. Ovo je bio prvi put da je demonstrirana kvantna superekspozicija – sposobnost da se čestica nalazi u više stanja istovremeno – na makroskopskoj skali.

Kubiti i Kvantna Revolucija

Ovo znanje je imalo ogroman uticaj na polje kvantnog računarstva. Konvencionalni kompjuteri koriste bitove koji mogu biti ili 0 ili 1. Međutim, na temelju otkrića nagrađenih naučnika, kvantni kompjuteri koriste kubite (kvantni bitovi). Zbog superekspozicije, kubit može biti i 0 i 1 istovremeno.

Ova sposobnost omogućava kvantnim kompjuterima da obrađuju eksponencijalno veće količine podataka i rješavaju probleme (poput složenih hemijskih simulacija, dešifrovanja kompleksnih kodova ili razvoja novih materijala) koji su trenutno nezamislivi za najmoćnije superkompjutere.

Njihovo otkriće makroskopskog tuneliranja ključno je za razvoj superprovodnih kubita, jedne od glavnih hardverskih tehnologija koja se koristi u današnjoj trci za izgradnju funkcionalnog kvantnog kompjutera. Profesorica Lesley Cohen je to sažela: “Njihov rad je postavio temelje za superprovodne kubite.”

Buduće implikacije ovog rada su potencijalno neograničene, najavljujući revoluciju u medicini, finansijama i komunikaciji, koja je započela prije četiri decenije, u eksperimentima sa jednostavnim električnim kolima.

Prethodni dobitnici Nobelove nagrade za fiziku