Нобелевская премия. Иллюстрация РИА Новости
МОСКВА. По мнению Глеба Федорова, старшего научного сотрудника лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ и кандидата физико-математических наук, основополагающие исследования лауреатов Нобелевской премии по физике 2025 года дали мощный импульс к текущему развитию квантовой информатики.
Нобелевская премия по физике 2025 года была вручена британскому ученому Джону Кларку (род. 1942), французскому физику Мишелю Деворе (род. 1953) и американцу Джону Мартинису (род. 1958). Их наградили «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи».
Наследие квантовой механики и «коты Шредингера»
Федоров подчеркнул, что текущий год знаменует 100-летие квантовой механики. Он отметил, что, хотя изначально эта наука описывала механические движения микрочастиц, она быстро расширилась до квантовой электродинамики. Однако долгое время оставался открытым вопрос о возможности квантования привычных уравнений для макроскопических электрических цепей. Этот вопрос, по его словам, «находился где-то в области одновременно живых и мертвых `котов Шредингера`». «Кот Шредингера» – это знаменитый мысленный эксперимент, предложенный Эрвином Шредингером в 1935 году, который демонстрирует парадоксы применения квантовых законов к объектам большого масштаба.
Прорывные эксперименты
В 1985 году Деворе, Мартинис и Кларк провели эксперимент, который окончательно дал положительный ответ на этот дискуссионный вопрос. Хотя похожие исследования проводились учеными IBM еще в 1981 году, Федоров выделяет главное достижение группы Кларка, ставшее основной причиной их награды: прямое наблюдение дискретных спектральных линий на предсказанных частотах в сверхпроводниковой цепи. Эта цепь стала первым примером искусственного сверхпроводникового атома.
Ученый пояснил особенности таких объектов:
«В англоязычной литературе такая цепь обычно называться фазовым кубитом (phase qubit), 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».
Практическое применение и развитие квантовой информатики
Наиболее перспективным практическим применением таких цепей сегодня считаются устройства для квантовых вычислений, где каждый искусственный атом кодирует часть общего квантового состояния. Федоров отметил, что компании Google (где Джон Мартинис занимал ключевую позицию, а сейчас работает Мишель Деворе) и IBM демонстрируют самые яркие и масштабные успехи в этой области. Он уверен, что именно стремительные достижения в сверхпроводниковых квантовых устройствах послужили толчком к нынешнему «буму» в сфере квантовой информатики, стимулируя развитие и на других физических платформах, таких как ионы, нейтральные атомы и спины.
Глеб Федоров также провел параллели с Нобелевской премией по физике 2012 года, присужденной Сержу Арошу и Дэвиду Уайнленду за разработку методов управления и наблюдения за отдельными квантовыми частицами. Однако, по его словам, теперь ученые научились не только работать с «пойманными» естественными атомами, но и, образно говоря, создавать их для экспериментов по своему усмотрению. При этом некоторые характеристики искусственных атомов оказываются значительно удобнее для экспериментов.
Помимо этого, лауреаты внесли значительный вклад в фундаментальные работы по квантовой оптике, раскрывая новые грани квантового мира. Федоров, совместно с заведующим лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ Олегом Астафьевым и другими коллегами, является сооснователем новой научной области — квантовой электродинамики электрических цепей (circuit QED, cQED) с излучением микроволнового диапазона, которой посвящено множество современных научных публикаций.
