برندگان نوبل فیزیک ۲۰۲۵ چگونه ساخت کامپیوترهای کوانتومی را ممکن کردند؟

جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۲۵ به صورت مشترک به «جان کلارک»، «میشل دووره» و «جان مارتینیس» برای انجام آزمایش‌هایی اهدا شد که وقوع پدیده‌های فیزیک کوانتوم را در مدارهای الکتریکی آشکار کردند. این دستاورد مسیر توسعه بسیاری از فناوری‌های امروزی از جمله ابررساناها و کامپیوترهای کوانتومی را هموار کرد.

آکادمی سلطنتی علوم سوئد در بیانیه‌ای اعلام کرد که این جایزه به دلیل فراهم آوردن فرصت‌هایی برای توسعه نسل جدید فناوری کوانتومی شامل رمزنگاری کوانتومی، کامپیوترهای کوانتومی و حسگرهای کوانتومی به این سه دانشمند تعلق گرفته است.

آزمایش‌هایی که قوانین کوانتوم را به دنیای ما آوردند

تونل‌زنی کوانتومی پدیده‌ای است که در آن یک ذره (مانند الکترون) می‌تواند از یک سد پتانسیل عبور کند، حتی اگر از نظر فیزیک کلاسیک، انرژی کافی برای غلبه بر آن سد را نداشته باشد. این پدیده معمولاً در مقیاس‌های بسیار کوچک (زیر ۳ نانومتر) برای ذرات کم‌جرم مانند الکترون‌ها مشاهده می‌شود.

برندگان نوبل در اواسط دهه ۱۹۸۰ میلادی، آزمایش‌هایی را با استفاده از یک مدار الکترونیکی ساخته‌شده از ابررساناها انجام دادند و موفق شدند نشان دهند که تحت شرایط خاص، پدیده‌های مکانیک کوانتوم می‌توانند اشیاء در مقیاس بزرگ‌تر و قابل مشاهده را نیز تحت تأثیر قرار دهند که به نام تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپی (MQT) شناخته می شود.

کشف MQT در مقیاس مدارهای الکتریکی ثابت کرد که امکان مهندسی و بهره‌برداری از خواص کوانتومی در سیستم‌های پیچیده و بزرگ‌تر امکان‌پذیر است. این پدیده امکان ساخت مدارهای ابررسانا را که پایه و اساس کامپیوترهای کوانتومی امروزی هستند راه راهم نمود.

از تئوری تا نسل جدید کامپیوترهای کوانتومی

فناوری کوانتومی در حال حاضر نیز در زندگی ما حضور دارد؛ ساخت ترانزیستورهای ۲ نانومتری و کوچک‌تر بدون درک پدیده‌های کوانتومی مثل تونل زنی امکان ‌پذیر نمی‌شد. با این حال، دستاورد این سه دانشمند، راه را برای کاربردهای بسیار پیشرفته‌تر باز کرده است.

کامپیوترهای کوانتومی با بهره‌گیری از اصول مکانیک کوانتوم می‌توانند محاسبات پیچیده‌ای را انجام دهند که برای کامپیوترهای سنتی میلیون‌ها سال زمان می‌برد. این حوزه پتانسیل حل برخی از بزرگ‌ترین چالش‌های بشریت، مانند تغییرات اقلیمی، را دارد. البته این فناوری هنوز با چالش‌هایی مانند افزایش دقت پردازنده‌ها و امکان استفاده خارج از شرایط آزمایشگاهی روبروست و زمان‌بندی دقیق برای تجاری‌سازی کامل آن مشخص نیست.

برندگان نوبل و ارتباط با غول‌های فناوری

هر سه برنده این جایزه در دانشگاه‌های آمریکا مشغول به فعالیت هستند. جان کلارک در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، میشل دووره در دانشگاه ییل و جان مارتینیس نیز در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، تدریس می‌کنند.

نکته قابل توجه، ارتباط دو تن از این برندگان با شرکت گوگل است. جان مارتینیس تا سال ۲۰۲۰ ریاست آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی گوگل را بر عهده داشت و در سال ۲۰۱۹ بخشی از تیمی بود که به «برتری کوانتومی» دست یافت. میشل دووره نیز علاوه بر تدریس، به عنوان دانشمند ارشد در همین آزمایشگاه گوگل فعالیت می‌کند.