Нобелевская премия по физике 2025: как макроквантовое туннелирование открыло путь к квантовым компьютерам

7 октября 2025 года Королевская шведская академия наук объявила лауреатов Нобелевской премии по физике: Джон Кларк (Калифорнийский университет в Беркли), Мишель Деворе (Йельский университет) и Джон Мартинис (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре) получили награду за открытие макроскопического квантового туннелирования и квантования энергии в электрической цепи. Эксперименты, проведенные еще в середине 1980-х годов, заложили основу для современных квантовых компьютеров и доказали, что квантовые эффекты проявляются не только на атомном уровне, но и в системах, достаточно больших, чтобы их можно было держать в руках.

Прорыв в понимании квантовой механики

В 1984-1985 годах Кларк, Деворе и Мартинис создали экспериментальную установку на основе сверхпроводников — материалов, способных проводить электрический ток без сопротивления при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. В их цепи сверхпроводящие компоненты были разделены тонким слоем непроводящего материала — так называемым джозефсоновским контактом. Ученые тщательно контролировали все параметры системы и обнаружили, что заряженные частицы, движущиеся через сверхпроводник, ведут себя так, как если бы они были единой частицей, заполняющей всю цепь. Система изначально находилась в состоянии с нулевым напряжением, будто за непреодолимым барьером, но благодаря квантовому туннелированию смогла «перепрыгнуть» в другое состояние, что подтверждалось появлением напряжения.

Исследователи также продемонстрировали квантование энергии — система могла поглощать или испускать только строго определенные порции энергии, как и предсказывает квантовая механика. Это был первый эксперимент, показавший квантовое поведение в макроскопической системе, состоящей из квинтиллионов частиц. По словам Олле Эрикссона, председателя Нобелевского комитета по физике, «удивительно, что столетняя квантовая механика продолжает преподносить новые сюрпризы, и она чрезвычайно полезна, поскольку является основой всех цифровых технологий».

От фундаментальной науки к квантовым технологиям

Открытие лауреатов имеет прямое практическое применение в развитии квантовых вычислений. Джон Мартинис позже использовал два низших энергетических состояния таких искусственных макроскопических «атомов» для создания твердотельного кубита — базового элемента квантового компьютера. Сверхпроводящие кубиты сегодня лежат в основе самых производительных квантовых компьютеров, включая системы Google, IBM и других технологических гигантов. Эта архитектура позволяет создавать кубиты с высокой точностью операций, быстрыми временами выполнения квантовых вентилей и возможностью масштабирования — IBM Condor уже достиг 1121 кубита.

Я полностью ошеломлен; мне никогда не приходило в голову, что это может стать основой для Нобелевской премии. Наше открытие, в некотором смысле, является основой квантовых вычислений.— Джон Кларк, лауреат Нобелевской премии по физике 2025

Помимо квантовых компьютеров, работа лауреатов открывает возможности для развития квантовой криптографии, которая обеспечит защиту данных от взлома даже квантовыми алгоритмами, и квантовых сенсоров, способных измерять физические величины с беспрецедентной точностью. Квантовые сенсоры уже нашли применение в навигации без GPS, анализе отказов полупроводников и космических исследованиях — NASA продемонстрировало первый ультрахолодный квантовый сенсор в космосе в 2024 году.

Влияние на индустрию и стартап-экосистему

Признание Нобелевским комитетом работ по макроквантовому туннелированию подчеркивает стратегическое значение квантовых технологий для глобальной экономики. Крупнейшие технологические компании вкладывают миллиарды долларов в развитие квантовой инфраструктуры: Fujitsu объявила о разработке сверхпроводящего квантового компьютера с более чем 10 000 кубитами к 2030 году, используя архитектуру STAR для раннего отказоустойчивого квантового вычисления. Для стартапов это открывает возможности в материаловедении, оптимизации логистических цепочек, разработке новых лекарств и моделировании сложных молекулярных взаимодействий.

Инвесторы и венчурные фонды также проявляют активный интерес к квантовым технологиям. Компании, специализирующиеся на квантовых вычислениях, криптографии и сенсорах, привлекают значительное финансирование, поскольку квантовые технологии обещают революционизировать индустрии от финансов до фармацевтики. Премия 2025 года подтверждает, что фундаментальные исследования 1980-х годов продолжают определять технологическую повестку XXI века, а квантовая механика из теоретической дисциплины превращается в инженерную платформу для решения реальных бизнес-задач.

Перспективы квантовых вычислений

2025 год объявлен Международным годом квантовой науки и технологий, что делает присуждение Нобелевской премии особенно символичным. Достижения лауреатов демонстрируют, что квантовые эффекты можно не только наблюдать в лабораторных условиях, но и использовать для создания практических устройств. Квантовое туннелирование уже применяется в памяти мобильных телефонов, а сверхпроводящие устройства позволяют электричеству течь с минимальным сопротивлением, что критично для энергоэффективных вычислений.

Для технических специалистов важно понимать, что работа Кларка, Деворе и Мартиниса не просто расширила границы теоретической физики — она создала технологическую основу для квантовой революции. Сверхпроводящие кубиты обеспечивают сильное взаимодействие между кубитами, что критично для создания запутанности и выполнения сложных квантовых алгоритмов. Высокая скорость квантовых вентилей и возможность достижения высокой точности операций делают эту архитектуру наиболее зрелой и перспективной для коммерциализации.

Открытие макроквантового туннелирования показывает, что граница между квантовым и классическим миром не так четко определена, как считалось ранее. Это расширяет возможности применения квантовой механики в масштабах, доступных для человека, и подтверждает, что инвестиции в фундаментальные исследования приносят долгосрочные технологические дивиденды. Для венчурных инвесторов и технологических предпринимателей это сигнал о созревании квантовой индустрии и переходе от лабораторных прототипов к коммерческим продуктам, способным решать реальные задачи в материаловедении, криптографии, оптимизации и искусственном интеллекте.