Открытия, сделавшие возможным создание квантовых компьютеров, отмечены Нобелевской премией по физике

Трое пионеров удостоены награды за демонстрацию квантовых эффектов на чипе

7 октября 2025 года Шведская королевская академия наук присудила Нобелевскую премию по физике John Clarke, Michel H. Devoret и John M. Martinis за эксперименты, которые вывели квантовую механику за пределы атомного мира в макроскопические электрические цепи — прорыв, ставший основой для современных сверхпроводящих кубитов и значительной части индустрии квантовых вычислений. (nobelprize.org)

Почему эта премия важна

Квантовая механика, как известно, управляет атомами, электронами и фотонами. В течение десятилетий оставался открытым вопрос о том, насколько большой может быть система, чтобы при этом сохранять подлинно квантовое поведение, такое как туннелирование между классически запрещенными состояниями или наличие дискретных, квантованных уровней энергии. Нобелевский комитет отметил серию экспериментов 1980-х годов, продемонстрировавших эти эффекты в электрической цепи, достаточно большой, чтобы ее можно было держать в руках — решающий шаг на пути к тому, чтобы сделать квантовые явления применимыми в инженерных устройствах. (nobelprize.org)

Что именно сделали лауреаты

Трио ученых провело измерения на цепях, построенных на основе перехода Джозефсона — тонкого слоя изолятора, зажатого между сверхпроводниками. При охлаждении до милликельвиновых температур эти устройства поддерживают коллективные степени свободы — по сути, переменные цепи, — которые ведут себя подобно квантовым частицам. Эксперименты показали, что цепь может туннелировать из состояния с нулевым напряжением в состояние с конечным напряжением, и что те же устройства поглощают микроволновое излучение только при дискретных значениях энергии, обнаруживая квантованные уровни. Эти наблюдения подтвердили, что макроскопические электрические цепи могут подчиняться тем же квантовым законам, которые когда-то считались исключительной прерогативой атомов. (sciencenews.org)

От лабораторного курьеза к кубитам

Именно этот переход от демонстрации к практическому применению делает данную работу столь значимой. Та же физика, которая использовалась в экспериментах с переходами Джозефсона, служит фундаментом для сверхпроводящих кубитов — крошечных квантовых битов на базе микросхем, используемых многими исследовательскими группами и компаниями. Сверхпроводящие кубиты кодируют квантовую информацию в коллективных электрических переменных цепи; они опираются на способность создавать дискретные уровни энергии и управлять ими, а также сохранять когерентные суперпозиции достаточно долго для выполнения вычислений. Короче говоря, лауреаты превратили концептуальную возможность в практические аппаратные принципы. (nobelprize.org)

Путь сквозь десятилетия

После первых наблюдений область развивалась благодаря постоянным усовершенствованиям: более качественным материалам, улучшенным методам изготовления и гениальным конструкциям цепей, которые увеличили время когерентности и позволили создавать двухкубитовые гейты. John Martinis оставался центральной фигурой в практической разработке сверхпроводящих квантовых процессоров, позже возглавив широко известный проект по демонстрации «квантового превосходства» — момента, когда квантовое устройство выполняет задачу, недоступную для классических суперкомпьютеров. Michel Devoret продолжал расширять границы между фундаментальными экспериментами и инженерным квантовым оборудованием, внеся вклад в методы управления и измерения сверхпроводящих цепей. Ранние высокоточные эксперименты John Clarke и разработка детекторов также повлияли на траекторию развития области. Вместе их вклад охватывает путь от фундаментальной физики до технологий, находящихся сейчас на стадии коммерческой разработки. (sciencenews.org)

Состояние квантовых вычислений сегодня

Сверхпроводящие кубиты являются одним из нескольких ведущих подходов к созданию аппаратного обеспечения. На них были продемонстрированы все более сложные алгоритмы, запутанность десятков кубитов и целевые демонстрации вычислительных задач, трудных для классических машин. Тем не менее, остаются значительные препятствия: современные устройства подвержены шумам, количество кубитов должно вырасти на несколько порядков, а для надежной работы многих полезных приложений потребуется коррекция ошибок. Открытия, отмеченные Нобелевской премией, заложили аппаратную парадигму, но масштабирование этого оборудования до отказоустойчивых квантовых компьютеров общего назначения остается инженерным и научным вызовом, работа над которым продолжается. (theguardian.com)

Более широкое влияние: сенсоры, криптография и не только

Помимо вычислений, методы, родившиеся из этих экспериментов, позволили создать сверхчувствительные детекторы и сенсоры — например, сверхпроводящие устройства, фиксирующие крошечные магнитные поля, с применением от фундаментальной физики до медицинской визуализации. Развитие квантовых процессоров также привлекло внимание к кибербезопасности: мощные квантовые машины могут однажды поставить под угрозу традиционное шифрование с открытым ключом, что ускоряет глобальную работу над квантово-устойчивой криптографией. В тексте решения о присуждении Нобелевской премии прямо отмечается, что открытия лауреатов открыли возможности для квантовой криптографии, сенсоров и вычислений. (nobelprize.org)

Что эта награда говорит об отрасли

Нобелевская премия признает не только само открытие, но и его долгосрочную значимость. Присуждение премии за макроскопическое квантовое туннелирование подтверждает, что переход от фундаментального любопытства к технологической платформе, приносящей плоды в лабораториях и стартапах по всему миру, является одним из определяющих научных достижений конца XX и начала XXI веков. Это решение также подчеркивает, как прогресс в экспериментальном контроле и криогенной инженерии изменил представления о возможном в квантовой науке. (nobelprize.org)

Оставшиеся вопросы и путь вперед

Даже с учетом признания Нобелевским комитетом, эта область еще далека от зрелости. Ключевые направления исследований включают увеличение времени когерентности, разработку масштабируемых и эффективных схем коррекции ошибок, совершенствование материалов и производства для снижения потерь и шума, а также поиск прорывных приложений, в которых квантовые процессоры превзойдут классические альтернативы экономически значимым образом. Прогресс ускоряется, но трансляция физики перехода Джозефсона в повсеместные отказоустойчивые квантовые вычисления потребует длительных усилий со стороны академического сообщества, промышленности и национальных лабораторий.

Заключительные мысли

Нобелевская премия по физике 2025 года отмечает серию экспериментов, которые изменили восприятие квантовой механики, превратив ее из абстрактной теории о микромире в технологическую платформу, которую можно проектировать, масштабировать и превращать в продукт. Этот сдвиг — демонстрация квантового туннелирования и квантования энергии в цепях, которые можно потрогать, — является одним из краеугольных камней современной квантовой экосистемы. Пока исследователи решают следующий ряд инженерных задач, работа лауреатов будет оставаться основополагающей главой в истории того, как квантовая физика прошла путь от мысленного эксперимента до работающего устройства.