A 2025-ös fizikai Nobel-díjat John Clarke, Michel H. Devoret és John M. Martinis kapták „a makroszkopikus kvantummechanikai alagúteffektus és az energiakvantálás felfedezéséért elektromos áramkörben”.
A díjazottak olyan szupravezető áramkört hoztak létre, amelyben Josephson-átmenet – két szupravezető között elhelyezkedő szigetelő réteg – tette lehetővé, hogy Cooper-párok kvantummechanikai módon átalagutazzanak a gát másik oldalára. E makroszkopikus méretű rendszerben – amely szó szerint szemmel látható – a teljes áramkör koherens kvantumviselkedést mutat egyes szabadsági fokaiban.
A kísérletek kulcsfontosságú felismerése, hogy az energiakvantálás és a kvantum-koherencia nem korlátozódik atomi vagy molekuláris léptékre: a kvantummechanika törvényei megfelelő feltételek mellett a makroszkopikus világban is érvényesek. Ez a felismerés nyitotta meg az utat a szupravezető kvantumáramkörök korszakához.
Az azóta kialakult kvantumáramkör-fizika (circuit QED) ma a kvantumtechnológia egyik legdinamikusabban fejlődő területe. Az ilyen rendszerek képezik többek között a szupravezető kvantumbitek alapját, amelyek a kvantumszámítógépek egyik fő platformját adják. A makroszkopikus kvantum-alagúthatás és energiakvantálás elveit használják továbbá nagy pontosságú mérésekben, pl. magnetometriában, geofizikában, idegtudományban, és ultraalacsony térerősségű MRI-technológiákban is.
A díj időzítése szimbolikus: 2025 az ENSZ által meghirdetett „Nemzetközi Kvantumtudomány és Technológia Éve” (International Year of Quantum Science and Technology). Ez a világszintű kezdeményezés a kvantumelmélet születésének századik évfordulóját ünnepli, és felhívja a figyelmet arra, hogy a kvantummechanika nem csupán a 20. századi fizika egyik legjelentősebb elmélete, hanem a 21. század tudományának és technológiájának egyik legfontosabb motorja is. Érdemes kiemelni, hogy 2025 szeptemberében Budapesten rendezték meg a QTech’25 konferenciát, melynek szervezésében a HUN-REN Wigner FK kutatói is aktív szerepet vállaltak.
A szupravezető kvantumáramkörök mesterséges atomokként is viselkedhetnek: diszkrét energiaszintekkel, gerjeszthető kvantumátmenetekkel és jól definiált koherens dinamikával. E rendszerek különlegessége, hogy a fény–anyag-kölcsönhatás olyan paramétertartományaiba is eljuthatnak – például a csatolási erősség mentén, egészen az ultraerős csatolás tartományáig –, amely természetes atomokkal nem hozzáférhető.
Ezen a vonalon kutatóink az elmúlt évtized során szoros együttműködésben dolgoztak circuit QED-kísérletező csoportokkal, elméleti és numerikus támogatást nyújtva a fotonblokád-áttörés (photon-blockade breakdown) jelenségkörének feltérképezéséhez. Ez a fenomenológia – amely a disszipatív, erősen meghajtott Jaynes–Cummings-rendszerekben lép fel – nagyon erős fény–anyag-csatolást igényel, és a disszipatív kvantumfázisátalakulások egyik jelentős példáját képezi.
szerző: Vukics András
