Исследования лауреатов Нобелевской премии по физике 2025 года стали катализатором современного развития квантовой информатики, как утверждает Глеб Федоров, старший научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем Московского физико-технического института (МФТИ) и кандидат физико-математических наук.
Нобелевскую премию по физике в 2025 году получили британец Джон Кларк, француз Мишель Деворе и американец Джон Мартинис. Их отметили за значимый вклад в область «открытия макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрических цепях».
Наследие квантовой механики и парадокс Шредингера
Глеб Федоров отметил, что 2025 год знаменует столетие квантовой механики. Он пояснил, что хотя наука быстро развивалась до квантовой электродинамики, вопрос о возможности применения квантовых принципов к макроскопическим электрическим цепям долго оставался нерешенным, подобно знаменитому парадоксу «кота Шредингера». Этот мысленный эксперимент, предложенный Эрвином Шредингером в 1935 году, демонстрирует парадоксальные последствия попыток перенести законы квантового мира на макроскопические объекты.
Именно эксперимент, проведенный Деворе, Мартинисом и Кларком в 1985 году, дал окончательный положительный ответ на этот сложный вопрос.
Искусственные атомы и их применение
Хотя аналогичные исследования велись в IBM с 1981 года, ключевое достижение группы Кларка, за которое они были удостоены премии, заключалось в прямом обнаружении дискретных спектральных линий в сверхпроводниковой цепи, соответствующих теоретическим предсказаниям. Это событие ознаменовало создание первого сверхпроводникового искусственного атома.
«В англоязычной литературе такая цепь обычно называется фазовым кубитом, хотя термин `кубит` употребляется в этом случае не совсем корректно, так как уровней в подобных системах, как правило, намного больше двух. Именно многообразие возможных электрических цепей и конфигураций `орбиталей`, `живущих` в них, дает повод называть подобные системы атомами, новые виды которых открываются практически каждый год», — пояснил ученый.
Сегодня наиболее перспективным практическим применением таких цепей считается их использование в квантовых вычислениях, где каждый искусственный атом выступает как носитель части общего квантового состояния.
Влияние на квантовую информатику
Значительный вклад в эту область внесли последние разработки компаний Google (где Джон Мартинис играл ведущую роль, а Мишель Деворе работает и сейчас) и IBM. Эксперт подчеркнул, что успехи сверхпроводниковых квантовых устройств стали ключевым фактором, стимулировавшим «бум» в квантовой информатике, распространившийся и на другие физические платформы, включая ионы, нейтральные атомы и спины.
Федоров провёл параллель с Нобелевской премией по физике 2012 года, которую получили Серж Арош и Дэвид Уайнленд за методы контроля и наблюдения за отдельными квантовыми частицами. Однако нынешнее достижение отличается тем, что теперь учёные могут не просто работать с существующими атомами, но и, образно выражаясь, предварительно «создавать» их искусственные аналоги для специфических экспериментов, что открывает новые возможности благодаря более удобным характеристикам этих искусственных атомов.
Эксперт также выделил обширный вклад лауреатов в квантовую оптику, который углубил наше понимание квантового мира. Он упомянул, что совместно с другими исследователями, включая заведующего лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ Олега Астафьева, они заложили основы новой дисциплины — квантовой электродинамики электрических цепей (circuit QED, cQED) с микроволновым излучением, которая сегодня является предметом активных исследований и многочисленных научных публикаций.
Максим Соколов 
Дмитрий Верхов