Иллюстрация: Нобелевская премия
Старший научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ, кандидат физико-математических наук Глеб Федоров заявил, что открытия лауреатов Нобелевской премии по физике 2025 года стали ключевым фактором, стимулировавшим текущий интенсивный рост в области квантовой информатики.
Нобелевская премия по физике 2025 года была вручена британцу Джону Кларку, французу Мишелю Деворе и американцу Джону Мартинису за их выдающиеся работы, связанные с открытием макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрических цепях.
По словам Федорова, в текущем году празднуется столетие квантовой механики. Несмотря на её быстрое развитие до квантовой электродинамики, долгое время оставалось неясным, можно ли применять принципы квантования к макроскопическим электрическим цепям. Эта проблема, по его словам, напоминала парадокс «кота Шредингера», когда объект находится в состоянии неопределённости между двумя взаимоисключающими возможностями.
Проведённый Деворе, Мартинисом и Кларком в 1985 году эксперимент окончательно подтвердил возможность квантования макроскопических электрических цепей.
Глеб Федоров отметил, что хотя схожие исследования проводились учёными IBM ещё в 1981 году, ключевым достижением группы Кларка, принесшим им Нобелевскую премию, стало первое прямое наблюдение дискретных спектральных линий в сверхпроводниковой цепи. Это событие ознаменовало создание первого сверхпроводникового искусственного атома.
Он пояснил особенности таких объектов:
Такие цепи часто называют фазовыми кубитами, хотя этот термин не всегда точен, поскольку данные системы могут иметь более двух квантовых уровней. Именно разнообразие возможных электрических цепей и конфигураций «орбиталей», «живущих» в них, позволяет постоянно открывать новые типы искусственных атомов.
Наиболее перспективным практическим применением этих цепей являются устройства для квантовых вычислений, где каждый искусственный атом служит для кодирования своей части общего квантового состояния.
Федоров подчеркнул, что значительный вклад в развитие этой сферы внесли недавние исследования компаний Google (где Джон Мартинис занимал ключевое положение и где сейчас работает Мишель Деворе) и IBM. Именно прогресс в сверхпроводниковых квантовых устройствах послужил катализатором современного «бума» в квантовой информатике, распространив его влияние на другие физические платформы, включая ионы, нейтральные атомы и спины.
Глеб Федоров провёл параллель с Нобелевской премией 2012 года, которую получили француз Серж Арош и американец Дэвид Уайнленд за разработку методов управления и наблюдения за отдельными квантовыми частицами. Он отметил, что текущие достижения превосходят их тем, что учёные теперь могут не только изучать «пойманные» естественные атомы, но и, образно выражаясь, предварительно создавать их для экспериментов по своему усмотрению. В этом случае некоторые характеристики искусственных атомов оказываются намного более удобными для проведения экспериментов.
Помимо этого, лауреаты внесли значительный вклад в квантовую оптику, проливая свет на новые стороны квантового мира. Федоров также упомянул, что совместно с другими участниками научного сообщества, в том числе с заведующим лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ Олегом Астафьевым, они заложили основы новой научной дисциплины – квантовой электродинамики электрических цепей (circuit QED, cQED) с использованием микроволнового излучения, которая сегодня активно развивается и является предметом многочисленных научных публикаций.
