جائزة نوبل في الفيزياء 2025: عندما يصبح "العالم الكمي" مرئيًا

وصفت السيدة إيفا أولسون - عضو لجنة نوبل - العمل البحثي الذي قام به الثلاثي العلماء جون كلارك وميشيل إتش ديفوريت وجون إم مارتيني بأنه "يفتح الباب لعالم آخر".

لطالما اعتُبر عالم الكمّ فضاءً "غريبًا"، حيث تستطيع الجسيمات اختراق العوائق، والتواجد في حالتين في آنٍ واحد، وتحدي جميع قوانين الحدس البشري. إلا أن الثلاثي العلمي جون كلارك، وميشيل هـ. ديفوريت، وجون م. مارتينيس، نجحوا في جعل ما بدا وكأنه موجود فقط في المختبرات المجهرية ملموسًا - مباشرةً في دائرة كهربائية يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

في 7 أكتوبر/تشرين الأول، مُنح ثلاثة علماء (جون كلارك، وميشيل هـ. ديفوريت، وجون م. مارتينيس) جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 لاكتشافهم "تأثيرات الأنفاق الكمومية على المستوى العياني، وتكميم الطاقة في الدوائر الكهربائية". وسيتقاسمون الجائزة، التي تبلغ قيمتها 11 مليون كرونة سويدية (ما يعادل 1.17 مليون دولار أمريكي).

تحكم ميكانيكا الكم العالم المجهري للذرات والإلكترونات - حيث يمكن للإلكترونات "اختراق" حواجز الطاقة وامتصاص الطاقة فقط بكميات ثابتة تسمى الكم.

على المستوى الكلي للعالم البشري، يبدو أن هذه التأثيرات تختفي. على سبيل المثال، لا يمكن لكرة مكونة من عدد لا يُحصى من الذرات أن تخترق جدارًا.

ومن باب الفضول، بدأ العلماء الثلاثة كلارك، وديفوريت، ومارتينيس في جامعة كاليفورنيا في ثمانينيات القرن العشرين اختبار ما إذا كانت القوانين الكمومية موجودة بحجم كبير بما يكفي لرؤيتها بالعين المجردة.

لاختبار ذلك، ابتكروا دائرة جوزيفسون، حيث يفصل بين موصلين فائقين طبقة عازلة رقيقة للغاية. في المعدن العادي، تصطدم الإلكترونات بالمادة ومع بعضها البعض، ولكن في موصل فائق مُبرّد عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق، تُشكّل أزواج كوبر تتحرك بانسجام دون مقاومة، وتشترك في دالة موجية كمية واحدة.

عندما أبقى الفريق الدائرة عند مستوى صفر من الجهد، وفقًا للفيزياء الكلاسيكية، كان من المفترض أن تبقى الدائرة ساكنة. ومع ذلك، أظهر البحث أن الدائرة أحيانًا "تنفصل" فجأة - ليس بسبب الحرارة، بل بفضل النفق الكمي عبر حاجز الطاقة. وكان هذا أول دليل مباشر على أن قوانين الكم لا تزال موجودة في العالم العياني.

بعد ذلك، عند تعريض الدائرة للموجات الدقيقة، لاحظ العلماء الثلاثة قمم رنين حادة عند ترددات محددة. تطابقت كل قمة مع فجوة الطاقة بين حالتين كميتين، مما يشير إلى أن طاقة الدائرة لا يمكن أن تتخذ إلا قيمًا منفصلة. بمعنى آخر، كان الجهاز المكون من مليارات الإلكترونات يتصرف كنظام كمي واحد.

قبل هذه التجربة، لم تتم ملاحظة تأثيرات النفق الكمي وتكميم الطاقة إلا في الذرات والجسيمات دون الذرية.

وصفت السيدة إيفا أولسون - عضو لجنة نوبل - العمل البحثي الذي قام به الثلاثي العلماء جون كلارك وميشيل إتش ديفوريت وجون إم مارتيني بأنه "يفتح الباب لعالم آخر".

وأضافت: "عندما يتم جلب الظواهر الكمومية إلى المقياس الكلي، يمكننا لمسها والتحكم فيها ومراقبتها - وهذا يفتح الباب أمام هياكل وتقنيات جديدة تمامًا".

وفي الوقت نفسه، اعتبر السيد أولي إريكسون - رئيس لجنة نوبل للفيزياء - هذا الاكتشاف دليلاً على أن ميكانيكا الكم مفيدة للغاية وتشكل الأساس لكل التكنولوجيا الرقمية الحالية.

لقد أرست اكتشافات العلماء الثلاثة كلارك، وديفوريت، ومارتينيس الأساس لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

بحلول أواخر تسعينيات القرن العشرين، بدأ العلماء في تطوير وحدات البت الكمومية (الكيوبتات) - وحدات المعلومات الكمومية - استنادًا إلى مبدأ الطاقة الذي أثبته الثلاثي الرائد.

وفي وقت لاحق، طبق السيد مارتينيس هذه الطريقة لإنشاء أول معالج كمي فائق التوصيل، حيث يمكن للكيوبتات أن تتذبذب بدقة بين "0" و"1" في تراكب كمي متطور.

وبحسب لجنة نوبل، فإن الترانزستور الموجود في الرقائق الدقيقة للكمبيوتر اليوم هو مثال على كيفية تحول ميكانيكا الكم إلى أساس للتكنولوجيا اليومية، مما يضع الأساس للجيل القادم من تكنولوجيا الكم، بما في ذلك التشفير الكمي وأجهزة الكمبيوتر الكمومية وأجهزة الاستشعار الكمومية.

(TTXVN/فيتنام+)

المصدر: https://www.vietnamplus.vn/giai-nobel-physics-2025-khi-the-gioi-luong-tu-tro-nen-huu-hinh-post1068919.vnp