量子トンネル効果の研究で2025年ノーベル物理学賞のトリオが受賞
2025年のノーベル物理学賞は、超伝導回路における量子トンネル効果の先駆的研究により、ジョン・クラーク、ミシェル・デヴォレ、ジョン・マーティニスに授与されました。彼らの1985年の実験は、量子効果が複雑なシステムにどのように適用されるかを示し、現代の量子コンピュータの基盤を築きました。クラークは受賞に驚きを表明し、彼らの発見の予想外の影響を指摘しました。
1985年、ジョン・クラーク、ミシェル・デヴォレ、ジョン・マーティニスは、当時カリフォルニア大学バークレー校で、ジョセフソン接合—超伝導ワイヤーを絶縁材で分離したもので、ブライアン・ジョセフソンが1973年のノーベル物理学賞を受賞した—に関する実験を行いました。彼らはこれらの接合を通る荷電粒子の特性を測定し、粒子が明確なエネルギー準位を持つ単一の存在として振る舞うことを発見し、これは量子効果でした。研究者たちはまた、粒子が絶縁境界をトンネル効果で通過したことを示す電圧を観測し、マクロスケールシステムでの量子トンネル効果を確認しました。
この画期的な発見は、以前は単一粒子でのみ観測されていた量子挙動が、伝統的に古典物理学で支配される電子回路に拡張可能であることを示しました。このような発見は、シリコンチップ上で量子力学の精密なテストを可能にすることで、量子科学を革命化しました。クラークは「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」と述べました。
彼らの仕事は、今日の量子コンピュータの構成要素である超伝導量子ビット（qubit）の開発に直接寄与しました。GoogleやIBMなどの企業は、現在そのようなqubitを数百使用しています。マーティニスとデヴォレは後にGoogle Quantum AIに加わり、2019年に古典システムに対する量子優位性を達成した超伝導量子コンピュータを実証しました。
受賞を知らされた際、クラークはノーベル委員会に「私は完全に驚いています。これがノーベル賞の基盤になるかもしれないとは、決して考えたことがありませんでした」と語りました。彼は、1985年の研究の重要性が当時明らかではなかったと付け加えました：「この発見がこれほど大きな影響を及ぼすとは、決して考えていませんでした」。
量子粒子は、確率的な性質や離散的なエネルギー準位を含む奇妙な特性を示し、障壁を通るトンネル効果などの現象を引き起こします—これらはエルヴィン・シュレーディンガーなどの初期物理学者によって探求されたアイデアです。