Különös világ: amikor a mikroszkopikus nagyra nő
A kvantummechanika a világ legkisebb részecskéinek viselkedését írja le, és számos abszurdnak tűnő következtetéssel szolgált már az elmúlt száz évben. Gondoljunk csak arra: egy részecske lehet egyszerre több állapotban, átjárhat falakon, és elvileg akár közvetlenül is kapcsolódhat egy másikhoz bármilyen távolságban. Különösen fontos kiemelni, hogy ezek a jelenségek eddig csak atomok, elektronok és fotonok világában mutatkoztak meg – a makroszkopikus, vagyis emberi mércével nagy rendszerekben azonban már „elkoptak”, elenyésztek.
Kvantum-alagút effektus: a fizika trükkje makroszkopikus méretben
A három kutató legnagyobb eredménye az volt, hogy 1984-ben és 1985-ben, a Berkeley Egyetemen végzett kísérleteikben bebizonyították: a kvantum-alagút effektus, vagyis az a jelenség, amikor egy részecske látszólag átjut egy áthatolhatatlan akadályon, nemcsak elméletben, hanem kézzelfogható, „kézben tartható” elektronikai chipeken is megfigyelhető. Ehhez szupravezetőkre épített áramköröket használtak, amelyekben az ellenállás nulla, így az elektronok akadálytalanul mozoghatnak. Az általuk használt úgynevezett Josephson-csatolások, amiket egy vékony szigetelő réteg választ el, lehetővé tették, hogy a kvantummechanikai állapotot két világosan elkülönülő üzemmódban mérjék: az áram vagy egy nullfeszültségű állapotban „ragad”, vagy alagúteffektussal egy másik, feszültséget mutató állapotba lépett át. Ez arra utal, hogy az energia is adagolt mennyiségekben, kvantumos módon viselkedik ebben a rendszerben.
Út a kvantumszámítógépekhez
A felfedezések jelentősége messze túlmutat az elméleti fizikán. A kvantum-alagút effektus adja a tranzisztorok alapját, így a mai digitalizációnak is, de Clarke, Devoret és Martinis munkája tette lehetővé, hogy szupravezető alapú kvantumbitet – qubitet – hozzanak létre. A kvantumszámítógépek forradalmi lehetősége abban rejlik, hogy a hagyományos bitek csak „0”-t vagy „1”-et tudnak ábrázolni, miközben a qubit szuperpozíció révén szinte végtelen lehetőséget kínál, mivel egy állapot egyszerre lehet „0”, „1” vagy a kettő között bárhol. Ennek megőrzéséhez extrém alacsony hőmérsékleten, minden külső zajtól védetten kell tartani az eszközt. Az összefonódott qubitek hálózata minden eddiginél gyorsabb számításokat eredményezhet, amelyekkel például bonyolult molekulák viselkedése vagy kriptográfiai feladatok oldhatók meg.
Meddig terjedhet a kvantumvilág?
Bár száz éven át a kvantummechanikát a „nagyon kicsik” tudományának tartották, az új felfedezések alapján komoly kérdések merülnek fel: vajon mennyire lehet kitágítani a kvantumjelenségeket? Mekkora rendszerekre lehet ezt alkalmazni? A kutatók sikeres kísérletei alapján egyértelmű, hogy a kvantummechanika messze nem korlátozódik az atomi skálára – akár már a mindennapjainkban is visszaköszönhet.
Világszintű elismerés – és várható üzleti siker
A kutatóhármas a 11 millió svéd koronás (kb. 154 millió forint) pénzdíjon és az örök hírnéven kívül minden valószínűség szerint hozzájárult ahhoz az évente eurószázmilliárdokat felemésztő globális versenyhez, amely manapság a kvantumtechnológiáért, a szupergyors MI-algoritmusokért zajlik. Clarke a Berkeley-n folytatja munkáját, míg Devoret és Martinis a Santa Barbara-i Egyetemen dolgozik (Devoret emellett a Yale-en is tanít). Érdemes kiemelni: nem véletlen, hogy a telefonhívásokat is most ilyen áttörések teszik lehetővé. Az igazi pénzügyi siker azonban talán csak akkor jön el, amikor a kvantumszámítástechnika ténylegesen átveszi az uralmat a klasszikus gépek felett.
