Stockholm’deki İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi tarafından açıklanan 11 milyon İsveç kronu (yaklaşık 871.400 sterlin) tutarındaki ödülü, Kaliforniya Üniversitesi Berkeley Kampüsü’nden İngiliz fizikçi John Clarke, Yale Üniversitesi’nden Fransız fizikçi Michel Devoret ve Kaliforniya Üniversitesi Santa Barbara Kampüsü’nden John Martinis paylaştı.
Üçlü, kuantum dünyasının tuhaf özelliklerinin makroskobik elektrik devrelerinde ölçülebilir etkilere dönüşebileceğini gösteren bir dizi deneye öncülük etti. Bu deneyler arasında, bir topun doğrudan bir tuğla duvardan geçmesine eşdeğer olan kuantum tünellemenin süperiletken elektrik devrelerinde meydana gelebileceğinin gösterilmesi de vardı.
Bilim insanları, kuantum kriptografisi ve kuantum bilgisayarlarının geliştirilmesinin önünü açan “elektrik devresinde makroskobik kuantum mekanik tünelleme ve enerji kuantizasyonunun keşfi” nedeniyle ödüle layık görüldü.
“Hayatımın sürpriziydi. Tamamen şaşkınım”
Ödülden sadece bir telefon görüşmesiyle haberdar olan Prof. Clarke, bir basın toplantısında yaptığı konuşmada, bu çığır açan buluşun Nobel ödülüne layık görülebileceğinin hiç aklına gelmediğini söyledi. “Kısacası, hayatımın sürpriziydi. Tamamen şaşkınım.” dedi.
1980’lerde Berkeley’deki laboratuvarında deneylerin gerçekleştirildiği Clarke, “Bu, kuantum bilgisayarının geliştirilmesine yol açan bir şey,” diye ekledi. “Keşfimizin birçok yönden bunun temeli olduğu kabul ediliyor.”
Kuantum teorisi, ilk olarak 20. yüzyılın başlarında, mikroskopla gözlemlenemeyecek kadar küçük bir ölçekte işleyen görünmez bir dünya olan atom aleminin fiziğini açıklamak için geliştirildi. Kuantum dünyasında, enerjik bir kuyuya hapsolmuş bir parçacık, dışarı çıkmak için yeterli enerjisi olmasa bile, özgürlüğe giden yolu “tünelleyebilir”.
Devoret’in doktora sonrası araştırmacı, Martinis’in ise doktora öğrencisi olarak katıldığı Clarke’ın Berkeley laboratuvarında çalışan ekip, benzer olayların süperiletkenlerde makroskobik ölçekte meydana gelip gelmediğini araştırmaya başladı. Süperiletkenlerde akım dirençsiz akar ve bu, elektronların senkronize davranması beklendiği anlamına gelir.
Bu, teorik olarak, bir süperiletkendeki elektronların tüm devreyi dolduran tek, dev bir parçacık olarak düşünülebileceği anlamına geliyor; ancak bunun, parçacıklarda atom ölçeğinde görülen kuantum davranışlarına sahip olup olmadıkları anlamına gelip gelmeyeceği bilinmiyordu.
Deneyler, iki süperiletkenin aralarında ince bir yalıtım bariyeriyle birleştirildiği Josephson bağlantısı olarak bilinen bir bileşene odaklandı. Klasik fiziğe göre, bağlantının iki tarafı birbirinden izoledir. Ancak bilim insanları, tüm sistemin Josephson bağlantısından tünelleme yapabildiğini ve bariyer boyunca bir voltaj oluştuğunu keşfettiler.
Gerilim dalgalanmasının ne kadar sürede gerçekleştiğini inceleyerek, bu makroskobik tünellemenin radyoaktif çekirdeklerin bozunması gibi bilinen kuantum fenomenleriyle aynı olasılık tabanlı kuralları izlediğini de gösterdiler.
Pratik kuantum bilgisayarlar
Imperial College London’da malzemelerin kuantum davranışları üzerine araştırmalar yapan Dr. Malcolm Connolly, “Bu çalışma, kuantum dünyası üzerinde kontrol sahibi olabileceğimiz fikrinin önünü açtı,” dedi. “Tünelleme ve enerji kuantizasyonu keşifleri, pratik kuantum bilgisayarları inşa etme küresel yarışında önde gelen platformlardan biri olan günümüzün süperiletken kübitlerinin temelini attı.”
Süperiletken devreler, gelecekteki kuantum bilgisayarını inşa etme girişimlerinde araştırılan tekniklerden biridir ve 2014 yılında Martinis ve ekibi, ilk kullanışlı kuantum bilgisayarını inşa etmek üzere Google tarafından işe alındı (2020 yılında Google’daki görevinden istifa etti).
Nobel Fizik Komitesi Başkanı Olle Eriksson, “Yüzyıllardır süregelen kuantum mekaniğinin sürekli olarak yeni sürprizler sunmasını kutlamak harika,” dedi. “Ayrıca, kuantum mekaniği tüm dijital teknolojinin temeli olduğu için son derece faydalı.”
