Нобелевская премия по физике 2025 года была присуждена трём выдающимся учёным: британцу Джону Кларку, французу Мишелю Деворе и американцу Джону Мартинису. Их революционные исследования, отмеченные наградой «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи», по мнению экспертов, стали краеугольным камнем для современного «бума» в области квантовой информатики. Глеб Федоров, старший научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем Московского физико-технического института (МФТИ), подчеркнул решающую роль этих работ.
По словам Федорова, нынешний год знаменует столетний юбилей квантовой механики. Эта наука, зародившаяся как теория, описывающая движение микрочастиц, быстро расширилась до квантовой электродинамики. Однако долгое время оставался неразрешённым вопрос о возможности применения принципов квантования к классическим электрическим цепям, состоящим из макроскопического числа частиц. Эта неопределённость напоминала известный парадокс «кота Шредингера», который иллюстрирует сложности переноса квантовых законов на макроскопический уровень.
Эксперимент, проведённый Деворе, Мартинисом и Кларком в 1985 году, стал определяющим моментом, окончательно подтвердившим эту возможность. Хотя предшествующие эксперименты проводились ещё в 1981 году исследователями из IBM, именно группе Кларка удалось достичь прорыва. Они впервые напрямую наблюдали дискретные спектральные линии в сверхпроводниковой цепи на теоретически предсказанных частотах. Это достижение привело к созданию первого «сверхпроводникового искусственного атома».
«В англоязычной литературе такая цепь часто называется фазовым кубитом (phase qubit), хотя строго говоря, этот термин не совсем точен, поскольку подобные системы, как правило, обладают значительно большим числом уровней, чем два. Именно благодаря разнообразию возможных электрических цепей и конфигураций `орбиталей`, существующих в них, эти системы можно называть атомами. Новые виды таких искусственных атомов открываются практически ежегодно», — пояснил учёный.
Наиболее значимым практическим применением этих цепей сегодня являются устройства для квантовых вычислений, где каждый искусственный атом участвует в кодировании общего квантового состояния. В этой области лидирующие позиции занимают компании Google (где Джон Мартинис играл ключевую роль, а Мишель Деворе продолжает свою работу) и IBM. Именно стремительный прогресс сверхпроводниковых квантовых устройств послужил мощнейшим импульсом для текущего «бума» в квантовой информатике, который распространился и на другие физические платформы, включая ионы, нейтральные атомы и спины.
Федоров также провёл параллель между нынешней премией и Нобелевской премией по физике 2012 года, присуждённой Сержу Арошу и Дэвиду Уайнленду за разработку методов контроля и наблюдения за отдельными квантовыми частицами. Однако ключевое отличие текущих достижений состоит в том, что теперь учёные научились не только работать с естественными, «пойманными» атомами, но и, по сути, создавать их искусственные аналоги по своему усмотрению специально для проведения экспериментов, что предоставляет новые, более удобные возможности.
Кроме того, лауреаты внесли весомый вклад в фундаментальные работы по квантовой оптике, углубляя наше понимание квантового мира. Совместно с Олегом Астафьевым, заведующим лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ, и другими коллегами, они стали основателями новой научной дисциплины — квантовой электродинамики электрических цепей (circuit QED, cQED), работающей с излучением микроволнового диапазона. Эта область активно развивается, о чём свидетельствуют многочисленные обзоры и публикации в научных журналах.
