فیزیک کوانتومی که بیش از صد سال قبل با زیر و رو کردن بنیانهای فیزیک کلاسیک متولد شد، همواره شگفتی آفرین بوده است. جایزه نوبل سال ۲۰۲۵ به آزمایشهایی که تحقق فیزیک کوانتومی را در ابعاد بزرگ نشان داد اختصاص پیدا کرد. اگر چه امروزه فناوریهای کوانتومی در حال عملی کردن استفاده از فیزیک کوانتومی در زندگی روزمره است، اما حتی در این فناوریها هم عموما از ویژگیهای کوانتومی ذرات بسیار ریز یعنی اتمها و اجزای سازنده آنها استفاده می‌شود.

جان کلارک، میشل دیووره و جان مارتینیس این جایزه را، آن طور که آکادمی سلطنتی علوم سوئد اعلام کرد، به پاس کشف تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپی و کوانتیدگی انرژی در یک مدار الکتریکی دریافت می‌کنند. ویژگی بارز کار این سه فیزیکدان مشاهده مستقیم یک پدیده کوانتومی (و نه صرفا آثار ناشی از آن) در یک مدار الکتریکی با اندازه معمولی است که با چشم غیر مسلح قابل دیدن است.

برندگان جایزه نوبل: تصویر از وبگاه Physics Word مارتینیس، دیووره و کلارک از راست به چپ

بریدن یک سیم معمولی در یک مدار الکتریکی جریان الکتریکی را قطع می‌کند. اما اگر سیمی با ابعاد نانومتری استفاده شود احتمال عبور الکترونها از قسمت برش خورده دیگر صفر نیست. گویی تعدادی از الکترونها می‌توانند از یک تونل خیالی از فاصله بین دو نقطه جدا شده عبور کنند و یک جریان هرچند خیلی ضعیف برقرار می‌شود. جالب اینکه با تغییر فاصله جدایی بین این دو نقطه می‌توان پهنای تونل‌ کوانتومی و در نتیجه شدت جریان جزئی را تنظیم کرد. همین جریان بسیار ضعیف اما قابل تنظیم مبنای ساخت نوع مهمی از میکروسکوپهای روبشی است که تصویربرداری از شیوه چینش اتمها در سطح مواد را ممکن ساخته است. سه برنده جایزه نوبل امسال در یک تیم به عنوان استاد راهنما، محقق پسادکتری و دانشجوی دکتری با آزمایشهای نوآوارانه خود در دهه ۶۰ شمسی نشان دادند که مشابه با آنچه که در ابعاد نانومتری مشاهده می‌شود تونل‌زنی کوانتومی در نقطه جدایی بین دو ابررسانا (اتصال جوزفسون) در ابعاد میلی‌متری هم قابل مشاهده است. بر خلاف رساناهای معمولی، در ابررساناها الکترونها در قالب جفت-الکترونهای به هم چسبیده همگی می‌توانند به طور دسته‌جمعی در یک حالت کوانتومی یکسان قرار بگیرند طوری که عملا یک ذره کوانتومی واحد به بزرگی قطعه ابررسانا به حساب آیند. برقرای جریان بین دو ابررسانای جدا از هم به دلیل تونل‌زنی این ابَرذره دقیقا تحقق این پدیده کوانتومی در مقیاس قابل مشاهده با چشم است.

بر اساس سیاست کمیته انتخاب برندگان جایزه نوبل، پژوهشهای برگزیده علاوه بر برجستگی شاخص از نظر علمی باید از نظر خدمت به بشریت هم اهمیت ویژه‌ای داشته باشند. حالتهای کوانتیده مشاهده شده در چنین آزمایشهایی، اتصال جوزفسون را به یکی از نامزدهای جدی برای ساخت کیوبیت که جایگزین بیت معمولی دو حالته صفر-یک در کامپیوترهای کوانتومی است تبدیل کرده است. اتصال جوزفسون همچنین عنصر کلیدی ساخت حسگرهای مغناطیسی بسیار دقیق معروف به اسکوئید است.

نویسنده خبر: دکتر علی صادقی دانشکده فیزیک دانشگاه شهید بهشتی