De Zweedse Academie van Wetenschappen heeft de Nobelprijs voor natuurkunde 2025 toegekend aan John Clarke (University of California, Berkeley), Michel H. Devoret (Universiteit van Yale en University of California, Santa Barbara) en John M. Martinis (University of California, Santa Barbara). De herkenning komt “voor de ontdekking van het macroscopische kwantumtunneleffect en de kwantisatie van energie in een elektrisch circuit”.
Het werk van de drie wetenschappers behandelt een van de grote open kwesties van de fysica: wat is de maximale grootte van een systeem dat in staat is om de effecten van kwantummechanica te manifesteren? Hun experimenten, uitgevoerd op een eenvoudig elektrisch circuit, gaven een verrassende reactie, waaruit blijkt dat kwantumfenomenen ook kunnen ontstaan op een schaal die groter is dan wat werd gedacht.
BREAKING NIEUWS
De Royal Swedish Academy of Sciences heeft besloten de 2025 toe te kennen #Nobelprize In de natuurkunde aan John Clarke, Michel H. Devoret en John M. Martinis “voor de ontdekking van macroscopische kwantummechanische tunneling en energiekwantisatie in een elektrisch circuit.” pic.twitter.com/xkdukwbhpz– The Nobel Prize (@NobelPrize) Octaber 7, 2025
Het tunneleffect
De kern van de prijs is er het kwantumtunneleffect. Met dit fenomeen kan een deeltje een barrière oversteken, zelfs als het niet genoeg energie heeft om het te beklimmen, alsof een “tunnel” gegraven is. Traditioneel, wanneer er een groot aantal deeltjes bij betrokken is, worden de kwantumeffecten zichzelf annuleren en worden ze onbeduidend, verklaart de academie.
De winnaars van de Nobel, met een reeks experimenten uitgevoerd in 1984 en 1985, daagden dit geloof uit. Ze gebruikten een elektronisch circuit bestaande uit supergeleiders, materialen die stroom ondergaan zonder elektrische weerstand. In dit circuit werden de supergeleidende lagen gescheiden door een dunne isolatie, waardoor een Josephson -junctie ontstond. De vindingrijkheid was dat de geladen deeltjes die door de supergeleider bewogen zich gezamenlijk een enkel macroscopisch systeem vormden, dat zich gedroeg als een enkel gigantisch deeltje dat het hele circuit bezet.
Aanvankelijk bevond dit macroscopische systeem zich in een stabiele toestand, waar de stroom op nulspanning stroomde, alsof het achter een barrière zat. Het meten van de eigenschappen van het circuit met extreme precisie, merkte Clarke, Devoret en Martinis op dat het systeem in staat was om deze toestand te “ontsnappen” met nulspanning, juist door het tunneleffect. De manifestatie van deze kwantumontsnapping was het uiterlijk van een spanning in het circuit. In de praktijk hebben ze aangetoond dat het systeem, hoewel macroscopisch (groot genoeg om in de hand te worden gehouden) een intrinsiek kwantumkarakter heeft vertoond.
Bovendien hebben wetenschappers een ander belangrijk gedrag van de kwantummechanica kunnen aantonen: het systeem is gekwantiseerd, dat wil zeggen dat het alleen in afzonderlijke en specifieke hoeveelheden energie absorbeert of uitzendt.
Perspectieven voor de volgende digitale generatie
Kwantummechanica, een eeuw geleden geboren, blijft nieuwe, nuttige verrassingen bieden, zoals zei Olle Eriksson, president van het Nobelcommissie voor natuurkunde:
Het is geweldig om de manier te kunnen vieren waarop de kwantummechanica, een eeuw oud, voortdurend nieuwe verrassingen biedt. Het is ook uiterst nuttig, omdat de kwantummechanica de basis is van alle digitale technologie.
Clarke’s werk, Devoret en Martinis, legden de Academie uit, opent de deuren voor de ontwikkeling van de volgende generatie kwantumtechnologie. Dit omvat cruciale velden voor de digitale en duurzame toekomst, zoals kwantumcodering (voor veiligere communicatie), kwantumcomputers (met een exponentieel superieure berekeningsvermogen) en kwantumsensoren (voor extreem precieze metingen).
