2025年ノーベル物理学賞、巨視的量子トンネル効果で授与
2025年のノーベル物理学賞は、ジョン・クラーク、ミシェル・H・デヴォレ、ジョン・M・マーティニスに、電気回路における巨視的量子トンネル効果とエネルギー量子化の発見により授与された。彼らの1980年代にカリフォルニア大学バークレー校で行われた研究は、ジョセフソン接合を使用したマクロスケールでの量子効果を実証した。受賞者たちは110万ドルを分け合い、授賞式は2025年12月10日にストックホルムで予定されている。
20世紀初頭、物理学者たちは量子力学を発見し、亜原子粒子がエネルギー障壁を通るトンネル効果などの振る舞いを示し、古典物理学に逆らうことを明らかにした。これを基に、クラーク、デヴォレ、マーティニスはこれらの効果を巨視的スケールに拡張した。クラークはケンブリッジ大学で博士号を取得後、1969年にUCバークレーの教員となり、1980年代半ばにポスドクのデヴォレと大学院生のマーティニスと協力した。
チームはジョセフソン接合を使用した—これは絶縁体で分離された2つの半導体からなる装置で、低温で電子のトンネル効果により超伝導クーパー対を形成する。彼らは1センチメートルのマイクロチップ発振器を構築し、量子振り子に似せ、ノイズを低減してトンネル効果を測定した。接合に電流を供給し電圧を観測することで、極低温でシステムが超伝導状態になり、電流が温度に依存しないことを発見した—これは巨視的量子トンネル効果の特徴である。
彼らは接合内の量子化されたエネルギー準位も確認し、エネルギーを亜原子粒子のように離散値に制限した。これにより、数億のクーパー対にわたる単一の波動関数で記述される巨視的量子状態が生まれ、人工原子や原始的な量子ビットとして機能した。
「控えめに言っても、私の人生の驚きでした」とクラークは発表記者会見で語った。「私たちの発見は、ある意味で量子コンピューティングの基盤です」。
ノーベル委員会は量子暗号、コンピュータ、センサーの機会を強調した。UCバークレー物理学科長のイブラン・シディキは、これを「量子ビットの祖父」と呼び、2007年のトランスモンなどの現代の超伝導量子ビットを可能にした。
マーティニスは2014年にGoogleの量子プロジェクトに参加し、2019年の量子優位性主張に貢献した後、2022年にQolabを共同設立した。デヴォレはGoogleの量子部門を率い、UCサンタバーバラで教鞭をとり、クラークはUCバークレーの名誉教授である。
「これらのシステムは、微視的量子挙動と巨視的デバイス間のギャップを埋めます」とジョンズ・ホプキンス大学のグレゴリー・キロスは述べた。アメリカ物理学会のジョナサン・バガーは、この賞が基礎研究投資の価値を示すと指摘した。