Nobelpriset i fysik 2024 har tilldelats tre framstående forskare för deras banbrytande arbete inom kvantmekanik. John Clarke, Michel H Devoret och John M Martinis belönas ”för upptäckten av makroskopisk kvantmekanisk tunnling och kvantisering av energi i en elektrisk krets”, meddelade Kungliga Vetenskapsakademiens ständiga sekreterare Hans Ellegren vid tisdagens presskonferens.
Pristagarna har genom sina experiment lyckats visa hur kvantmekaniska effekter fungerar i praktiken i elektriska kretsar. Det revolutionerande med deras arbete var att de kunde demonstrera kvanteffekter i ett förhållandevis stort system – ett som faktiskt kan hållas i handen – något som tidigare ansågs omöjligt.
”Det är fantastiskt att få fira att den hundra år gamla kvantmekaniken hela tiden bjuder på nya överraskningar. Den är också enormt användbar, all högteknologi bygger i grunden på kvantmekanik”, förklarar Olle Eriksson, ordförande i Nobelkommittén för fysik, i ett pressmeddelande.
När forskarna genomförde sina experiment vid Berkeley-universitetet på 1980-talet hade Clarke ingen tanke på att deras arbete en dag skulle leda till ett Nobelpris. Ännu mindre kunde han föreställa sig att upptäckterna skulle bana väg för vardagsteknologi som smarta telefoner.
”Folk har påpekat att det finns många konkreta användningsområden, som mobiltelefoner. Jag pratar i min mobiltelefon nu och jag misstänker att du också gör det. En av de underliggande orsakerna till att den fungerar är allt det här arbetet,” säger Clarke.
Fenomenet som pristagarna studerade kallas kvantmekanisk tunnling. I kvantvärlden kan partiklar passera genom barriärer som enligt klassisk fysik skulle vara oöverstigliga – de ”tunnlar” sig igenom. Normalt försvinner sådana kvantmekaniska effekter när man rör sig från den mikroskopiska världen till den makroskopiska. Men pristagarnas experiment visade att dessa effekter kan bli märkbara även i större system.
Vetenskapsakademien betonar att årets fysikpristagare har bidragit till utvecklingen av nästa generations kvantteknik. Deras upptäckter utgör grunden för nya teknologiska tillämpningar som kvantkryptografi, kvantdatorer och kvantsensorer – verktyg som kan revolutionera både databehandling och säker kommunikation.
Ett exempel på etablerad kvantteknik som redan finns i vår vardag är transistorer, som utgör byggstenarna i all modern elektronik. Men pristagarnas arbete pekar framåt mot ännu mer avancerade tillämpningar, särskilt inom området för kvantberäkningar, där kvantdatorer kan lösa vissa problem exponentiellt snabbare än konventionella datorer.
John Clarke, född 1942 i Storbritannien, är verksam vid University of California i Berkeley, USA. Michel H. Devoret, född 1953 i Frankrike, arbetar vid Yale University i New Haven, Connecticut samt vid University of California i Santa Barbara. John M Martinis, född 1958, är amerikan och verksam vid University of California i Santa Barbara.
Enligt Kungliga Vetenskapsakademiens motivering demonstrerade pristagarnas experiment att ”kvantmekanikens egenskaper ändå kan bli påtagliga även på makroskopisk skala”, trots att sådana effekter vanligtvis blir obetydliga så snart ett stort antal partiklar är inblandade.
Årets Nobelpris i fysik uppmärksammar grundforskning som har lett till praktiska tillämpningar med stor samhällspåverkan. Det illustrerar också hur teoretiska koncept inom kvantmekaniken, som tidigare ansågs vara begränsade till den subatomära världen, kan visa sig ha betydande effekter i den materiella värld vi dagligen interagerar med.
Pristagarnas upptäckter öppnar dörren för fortsatt utveckling inom kvantteknologin, ett område där internationella forskningsinsatser och industriella satsningar ökar i snabb takt. Tekniken kan komma att få avgörande betydelse inom allt från medicinsk diagnostik till klimatmodellering och artificiell intelligens under de kommande decennierna.
