El Premi Nobel de Física 2025 va ser atorgat conjuntament a John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis «pel descobriment de l’efecte túnel quàntic macroscòpic i la quantificació d’energia en un circuit elèctric.»
Els seus experiments en un xip van revelar la física quàntica en acció.
John Clarke, nascut el 1942 a Cambridge, Regne Unit. Doctorat el 1968 per la Universitat de Cambridge, Regne Unit. Professor a la Universitat de Califòrnia, Berkeley, EUA.
Michel H. Devoret, nascut el 1953 a París, França. Doctorat el 1982 per la Universitat Paris-Sud, França. Professor a la Universitat de Yale, New Haven, CT i a la Universitat de Califòrnia, Santa Barbara, EUA.
John M. Martinis, nascut el 1958 a Los Angeles, Califòrnia, EUA. Doctorat el 1987 per la Universitat de Califòrnia, Berkeley, EUA. Professor a la Universitat de Califòrnia, Santa Barbara i director de tecnologia de Qolab, Los Angeles, Califòrnia, EUA.
La mecànica quàntica permet que una partícula es mogui directament a través d’una barrera, mitjançant un procés anomenat tunelització. Quan hi ha un gran nombre de partícules implicades, els efectes mecànics quàntics solen ser insignificants. Els experiments dels premiats van demostrar que les propietats mecàniques quàntiques es poden concretar a escala macroscòpica.
El seu sistema elèctric superconductor podia fer túnels d’un estat a un altre, com si passés directament a través d’una paret. També van demostrar que el sistema absorbia i emetia energia en dosis de mides específiques, tal com prediu la mecànica quàntica.
El 1984 i el 1985, els tres científics van dur a terme una sèrie d’experiments amb un circuit electrònic construït amb superconductors, components que poden conduir un corrent sense resistència elèctrica.
En el circuit, els components superconductors estaven separats per una fina capa de material no conductor, una configuració coneguda com a unió Josephson.
En un material superconductor, els electrons s’uneixen en parells i formen un corrent on no hi ha resistència. El forat representa la unió Josephson. Els parells de Cooper es comporten com una sola partícula que omple tot el circuit i que travessa la zona aïllant.
Els físics saben des de fa gairebé un segle que l’efecte túnel és necessari per a la desintegració alfa, un petit tros del nucli de l’àtom s’allibera i apareix a l’exterior.
Un sistema mecànic quàntic darrere d’una barrera pot tenir quantitats variables d’energia, però només pot absorbir o emetre quantitats específiques d’aquesta energia. El sistema està quantificat. La tunelització es produeix més fàcilment a un nivell d’energia més alt que a un de més baix, de manera que, estadísticament, un sistema amb més energia es manté captiu durant menys temps que un amb menys energia.
Els experiments realitzats van demostrar que hi ha fenòmens que impliquen un gran nombre de partícules que, juntes, es comporten tal com prediu la mecànica quàntica.
En aquests experiments es fan observables efectes quàntics com la tunelització i la quantificació en sistemes macroscòpics.
