Исследования, проведенные лауреатами Нобелевской премии по физике 2025 года, стали катализатором современного развития квантовой информатики. Об этом заявил Глеб Федоров, старший научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем Московского физико-технического института (МФТИ).
Нобелевская Премия 2025 года: Открытие в Квантовой Механике
Нобелевская премия по физике в 2025 году была присуждена британскому ученому Джону Кларку (родился в 1942 году), французу Мишелю Деворе (родился в 1953 году) и американцу Джону Мартинису (родился в 1958 году). Их отметили за «открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи».
Парадоксы Квантового Мира и «Коты Шредингера»
Глеб Федоров подчеркнул, что текущий год знаменует столетие квантовой механики. Изначально эта область описывала механические движения микрочастиц, но быстро эволюционировала до квантовой электродинамики. Долгое время оставался открытым вопрос о возможности применения квантовых законов к макроскопическим электрическим цепям. Эта дилемма, по его словам, напоминала парадокс «кота Шредингера» — мысленного эксперимента, предложенного выдающимся ученым Эрвином Шредингером в 1935 году, который иллюстрирует трудности распространения квантовых принципов на объекты видимого мира, в том числе и на котов.
Ключевой Эксперимент и Рождение Искусственного Атома
В 1985 году Деворе, Мартинис и Кларк провели эксперимент, который окончательно подтвердил применимость квантовых принципов к макроскопическим цепям. Хотя аналогичные исследования проводились учеными-исследователями из IBM еще в 1981 году, именно группа Кларка достигла прорывного результата: они впервые наблюдали дискретные спектральные линии в сверхпроводниковой цепи на правильно предсказанных частотах. Эта цепь стала прототипом сверхпроводникового «искусственного атома».
Искусственные Атомы и Перспективы Квантовых Вычислений
Федоров пояснил, что такие цепи в англоязычной литературе часто называют фазовыми кубитами. Однако этот термин не всегда точен, поскольку подобные системы могут иметь более двух квантовых состояний. Многообразие возможных электрических цепей и их «орбиталей» позволяет создавать новые типы «атомов» практически ежегодно.
«В англоязычной литературе такая цепь обычно называется фазовым кубитом (phase qubit), хотя термин `кубит` употребляется в этом случае не совсем корректно, так как уровней в подобных системах, как правило, намного больше двух. Именно многообразие возможных электрических цепей и конфигураций `орбиталей`, `живущих` в них, дает повод называть подобные системы атомами, новые виды которых открываются практически каждый год», — прокомментировал ученый.
Наиболее перспективным применением этих цепей являются устройства для квантовых вычислений, где каждый искусственный атом кодирует часть общего квантового состояния. Значительные успехи в этой области были достигнуты компаниями Google (где Джон Мартинис и Мишель Деворе играли ключевую роль) и IBM. Именно прогресс в сверхпроводниковых квантовых устройствах стимулировал нынешний «бум» в квантовой информатике, распространившись и на другие платформы, такие как ионы, нейтральные атомы и спины.
Связь с Предыдущими Нобелевскими Премиями и Будущее Квантовой Электродинамики
Глеб Федоров отметил сходство этой премии с Нобелевской премией 2012 года, присужденной французу Сержу Арошу и американцу Дэвиду Уайнленду за разработку методов управления отдельными квантовыми частицами. Однако теперь ученые не только «захватывают» естественные атомы, но и способны создавать искусственные атомы с заданными свойствами, которые зачастую оказываются более удобными для экспериментов.
Лауреаты также внесли значительный вклад в квантовую оптику, раскрывая новые аспекты квантового мира. По словам Федорова, совместно с заведующим лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ Олегом Астафьевым и другими коллегами, ими была основана новая научная область — квантовая электродинамика электрических цепей (circuit QED, cQED) с микроволновым излучением, которой сейчас посвящены многочисленные обзоры в научных журналах.
