John Clarke, Michel H. Devoret og John M. Martinis ved University of California får årets nobelpris i fysikk «for oppdagelsen av makroskopisk kvantemekanisk tunnelering og energikvantisering i en elektrisk krets».
Ifølge pressemeldingen fra Nobelkomiteen er hvor stort et system kan være og likevel demonstrere kvantemekaniske effekter, et sentralt spørsmål i fysikken.
Årets nobelprisvinnere gjennomførte eksperimenter med en elektrisk krets der de viste både kvantemekanisk tunnelering og kvantiserte energinivåer i et system stort nok til å holdes i hånden.
Kvantemekanisk tunnelering betyr at partikler i noen tilfeller kan bevege seg gjennom en barriere, selv om klassisk fysikk tilsier at de ikke har tilstrekkelig energi til det, ifølge Store norske leksikon
De tre forskerne jobber alle i USA. John Clarke er født i Storbritannia og er tilknyttet University of California i Berkeley, mens Michel Devoret er fransk og tilknyttet både Yale og University of California i Santa Barbara.
John Martinis er amerikaner og også tilknyttet University of California i Santa Barbara.
Nobelprisen i fysikk er en av de opprinnelige nobelprisene, og den ble for første gang tildelt i 1901.
Kvantemekanikken tillater at en partikkel går rett gjennom en barriere, via en prosess som kalles tunnelering. Når store mengder partikler er involvert, blir kvantemekaniske effekter som regel ubetydelige. Prisvinnernes eksperimenter viste at kvantemekaniske egenskaper kan gjøres konkrete i makroskopisk skala.
I 1984 og 1985 utførte Clarke, Devoret og Martinis en serie eksperimenter med en elektronisk krets bygget av superledere, komponenter som kan lede strøm uten elektrisk motstand. I kretsen var de superledende komponentene adskilt av et tynt lag ikke-ledende materiale, en oppbygning kjent som en Josephson-overgang. Ved å finjustere og måle de ulike egenskapene til kretsen kunne de kontrollere og utforske fenomenene som oppsto når de sendte strøm gjennom den. Samlet oppførte de ladede partiklene som beveget seg gjennom superlederen seg som et system som om de var én enkelt partikkel som fylte hele kretsen.
Dette makroskopiske, partikkellignende systemet er i utgangspunktet i en tilstand der strøm flyter uten spenning. Systemet er fanget i denne tilstanden, som om det var bak en barriere det ikke kan krysse. I eksperimentet viser systemet sin kvantekarakter ved å klare å slippe ut av nullspenningstilstanden gjennom tunnelering. Den endrede tilstanden påvises ved at det oppstår en spenning.
Prisvinnerne kunne også vise at systemet oppfører seg slik kvantemekanikken forutsier – det er kvantisert, noe som betyr at det bare absorberer eller utstråler bestemte mengder energi.
«Det er fantastisk å kunne feire hvordan den hundre år gamle kvantemekanikken stadig byr på nye overraskelser. Den er også enormt nyttig, ettersom kvantemekanikken er grunnlaget for all digital teknologi» sier Olle Eriksson, leder av Nobelkomiteen for fysikk.
Transistorene i datamaskiners mikrobrikker er et eksempel på etablert kvanteteknologi som omgir oss. Årets nobelpris i fysikk har lagt til rette for utvikling av neste generasjon kvanteteknologi, inkludert kvantekryptografi, kvantedatamaskiner og kvantesensorer, ifølge Nobelkomiteen.
