Wissenschaftler John Clarke, Michel Devoret und John Martinis erhalten den Nobelpreis für Physik

(Patria) - Die Wissenschaftler John Clarke, Michel Devoret und John Martinis haben den Nobelpreis für Physik 2025 für "Experimente, die die Quantenphysik in Aktion aufdeckten" gewonnen und damit die Entwicklung der nächsten Generation digitaler Technologien ermöglicht.

- Ich bin verblüfft. Natürlich ist mir nie in den Sinn gekommen, dass dies die Grundlage für den Erhalt eines Nobelpreises sein könnte. Ich spreche über mein Handy, ich nehme an, Sie auch, und einer der grundlegenden Gründe, warum das Handy funktioniert, ist all diese Arbeit", sagte Clarke heute auf einer Pressekonferenz per Telefon anlässlich der Verleihung des Nobelpreises.

"Der diesjährige Nobelpreis für Physik hat die Entwicklung der nächsten Generation von Quantentechnologien ermöglicht, darunter Quantenkryptographie, Quantencomputer und Sensoren", heißt es unter anderem in der Mitteilung des Nobelkomitees.

Quantenmechanische Verhaltensweisen sind auf der Ebene unglaublich kleiner atomarer und subatomarer Teilchen gut untersucht, werden aber im Vergleich zur klassischen Physik und ihren weitaus größeren Skalen oft als bizarr und unintuitiv angesehen.

Die Quantenmechanik ermöglicht es einem Teilchen, einen Prozess namens Tunneln zu nutzen, um gerade durch eine Barriere zu gehen. Sobald eine große Anzahl von Teilchen beteiligt ist, werden quantenmechanische Effekte normalerweise unbedeutend. Die Experimente der Preisträger zeigten, dass quantenmechanische Eigenschaften auf makroskopischer Ebene konkretisiert werden können.

Die Nobelpreisträger führten Mitte der 1980er Jahre Experimente mit einem elektronischen Schaltkreis aus Supraleitern durch und zeigten, dass die Quantenmechanik unter bestimmten Bedingungen auch alltägliche Objekte beeinflussen kann.

1984 und 1985 führten John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis eine Reihe von Experimenten mit einem elektronischen Schaltkreis aus Supraleitern durch, Komponenten, die Strom ohne elektrischen Widerstand leiten können. Im Schaltkreis waren die supraleitenden Komponenten durch eine dünne Schicht aus nichtleitendem Material getrennt, eine Anordnung, die als Josephson-Kontakt bekannt ist.

Durch die Verfeinerung und Messung aller verschiedenen Eigenschaften ihres Schaltkreises konnten sie Phänomene kontrollieren und untersuchen, die auftraten, wenn sie Strom durch ihn leiteten. Zusammen bildeten die geladenen Teilchen, die sich durch den Supraleiter bewegten, ein System, das sich so verhielt, als wären sie ein einziges Teilchen, das den gesamten Schaltkreis ausfüllt.

Dieses makroskopische teilchenähnliche System befand sich zunächst in einem Zustand, in dem Strom ohne Spannung floss. Das System ist in diesem Zustand gefangen, als ob es hinter einer Barriere wäre, die es nicht überwinden kann. Im Experiment zeigt das System seinen Quantencharakter, indem es durch Tunneln aus dem Nullspannungszustand entkommt. Der veränderte Zustand des Systems wird durch das Auftreten einer Spannung detektiert.

Die Preisträger konnten auch zeigen, dass sich das System auf eine Weise verhält, die von der Quantenmechanik vorhergesagt wird – es ist quantisiert, was bedeutet, dass es nur bestimmte Energiemengen absorbiert oder emittiert.

Auf der Pressekonferenz wurde hervorgehoben, dass der Nobelpreis für Physik in einer Zeit verliehen wird, in der wir 100 Jahre Quantenmechanik feiern.

Die Vereinten Nationen haben 2025 offiziell zum Internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie (IYQ) ausgerufen, um den 100. Jahrestag der Bemühungen des deutschen Physikers Werner Heisenberg (1901-1976) zur Entwicklung einer mathematischen Formulierung quantenmechanischer Phänomene zu würdigen.

1925 veröffentlichten Heisenberg zusammen mit Max Born und Pascual Jordan drei Arbeiten, die als Grundlage der Quantenmechanik gelten.

- Es ist wunderbar, feiern zu können, wie die jahrhundertealte Quantenmechanik ständig neue Überraschungen bietet. Sie ist auch äußerst nützlich, da die Quantenmechanik die Grundlage der gesamten digitalen Technologie bildet", sagte der Vorsitzende des Physik-Nobelkomitees, Olle Eriksson.

Clarke, geboren in Großbritannien, ist Professor an der University of California, Berkeley. Devoret, geboren in Frankreich, ist Professor an der Yale University und der University of Santa Barbara, wo auch Martinis Professor ist. Martinis, ein Amerikaner, leitete bis 2020 Googles Labor für Quanten-Künstliche Intelligenz.

Bei Google war Martinis Teil des Forschungsteams, das 2019 erklärte, "Quantenüberlegenheit" erreicht zu haben, bei der ein Computer, der die Eigenschaften subatomarer Teilchen nutzt, ein Problem weitaus besser löst als der leistungsstärkste Supercomputer der Welt. Devoret ist neben seiner Professur auch leitender Wissenschaftler für Googles Quanten-Künstliche Intelligenz.