Švédská Královská akademie věd ve Stockholmu oznámila jména letošních nositelů Nobelovy ceny za fyziku. Stali se jimi John Clarke, Michel H. Devoret a John M. Martinis za to, jak zásadním způsobem posunuli hranice poznání kvantové fyziky.
Jednou z hlavních otázek fyziky je maximální velikost systému, ve kterém lze pozorovat kvantově mechanické jevy. Letošní laureáti Nobelovy ceny provedli experimenty s elektrickým obvodem, ve kterém prokázali jak kvantově mechanický tunelový jev, tak kvantované energetické hladiny v systému, který je dostatečně velký, aby se vešel do dlaně.
Letošní Nobelova cena za fyziku otevřela nové možnosti pro vývoj kvantových technologií nové generace, včetně kvantové kryptografie, kvantových počítačů a kvantových senzorů.
Podivný svět kvant
Kvantová mechanika se stala oblíbeným tématem nejen vědců, ale i veřejnosti: dějí se v ní totiž věci, které zcela odporují tomu, co lidé znají z běžného světa. Klasickým případem je, že částice v něm se může pohybovat přímo skrze bariéru pomocí procesu zvaného tunelování. Jako by byla duchem, který si z existenci zdi nic nedělá.
Problém je, že jakmile se jedná o velké množství částic, kvantově mechanické jevy se obvykle stávají zanedbatelnými. Experimenty letošních laureátů ale prokázaly, že kvantově mechanické vlastnosti lze zhmotnit v makroskopickém měřítku. A tím do značné míry umožnili, aby se začaly tyto jevy využívat i ve světě lidí.
A využívají se: Jedním z příkladů zavedené kvantové technologie jsou tranzistory v počítačových mikročipech. Letošní Nobelova cena za fyziku poskytla příležitosti pro vývoj nové generace kvantové technologie, včetně kvantové kryptografie, kvantových počítačů a kvantových senzorů. „Je úžasné, že můžeme oslavovat způsob, jakým stoletá kvantová mechanika neustále přináší nová překvapení. Je také nesmírně užitečná, protože kvantová mechanika je základem veškeré digitální technologie,“ komentoval výsledky předseda Nobelovy komise pro fyziku Olle Eriksson.
Velmi malé Schrödingerovo koťátko
Experiment, který tato trojice provedla, má zásadní důsledky pro pochopení kvantové mechaniky. Jiné typy kvantově mechanických jevů, které se projevují v makroskopickém měřítku, se skládají z mnoha drobných jednotlivých částic a jejich samostatných kvantových vlastností. Mikroskopické složky se kombinují a způsobují makroskopické jevy, jako jsou lasery, supravodiče a supravodivé kapaliny. Tento experiment ale místo toho vytvořil makroskopický efekt – tedy měřitelné napětí – ze stavu, který je sám o sobě makroskopický, ve formě společné vlnové funkce pro obrovské množství částic.
Zní to složitě a složité to opravdu je. Teoretici jako Anthony Leggett ale srovnal tento systém se slavným myšlenkovým experimentem Erwina Schrödingera s kočkou v krabici, kde by kočka byla živá i mrtvá, dokud by se někdo nepodíval dovnitř. Záměrem jeho myšlenkového experimentu bylo ukázat absurditu této situace, protože speciální vlastnosti kvantové mechaniky v reálném světě prostě nefungují – kvantové vlastnosti celé kočky prostě nejde ukázat v laboratorním experimentu.
Leggett tvrdí, že právě série experimentů provedených Johnem Clarkem, Michelem Devoretem a Johnem Martinisem ukázala, že existují jevy, které zahrnují obrovské množství částic, jež se společně chovají přesně tak, jak předpovídá kvantová mechanika. Makroskopický systém, který laureáti popsali, je sice pořád o mnoho řádů menší než to nejmenší kotě – ale protože experiment měří kvantově mechanické vlastnosti, které se vztahují na systém jako celek, je pro tohoto kvantového fyzika poměrně podobný Schrödingerově imaginární kočce.
Nobelovský týden
Loni akademie Nobelovu cenu za fyziku udělila Američanovi Johnu Hopfieldovi a britsko-kanadskému vědci Geoffreymu Hintonovi za objevy a vynálezy, které přispěly k rozvoji umělé inteligence (AI), konkrétně v oblasti strojového učení s využitím umělé neuronové sítě.
V pondělí švédský Karolínský institut oznámil, že letošní Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství získali Američané Mary E. Brunkowová a Fred Ramsdell a Japonec Šimon Sakaguči za objevy v oblasti imunologie týkající se periferní tolerance.
Týden vyhlašování Nobelových cen bude ve středu pokračovat oznámením laureáta nebo laureátů ceny za chemii. Ve čtvrtek Švédská akademie vyhlásí Nobelovu cenu za literaturu a v pátek norský Nobelův výbor oznámí jméno či název laureáta ceny za mír, o kterou projevil silný zájem americký prezident Donald Trump. Vyhlašování skončí příští pondělí oznámením Nobelovy ceny za ekonomii.
Nobelovy ceny, k nimž se pojí i finanční odměna 11 milionů švédských korun (24,2 milionu českých korun), budou letošním laureátům oficiálně předány 10. prosince, na výročí úmrtí švédského vědce a zakladatele ocenění Alfreda Nobela.
