Что такое «квантово-механическое туннелирование» и почему оно так важно для современной науки?

Профессор кафедры радиотехники и электродинамики М.В. Давидович объясняет, за что Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис получили Нобелевскую премию по физике.

В 2025 году Нобелевскую премию по физике присудили «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи».

Открытие, сделанное в1980-е годы, стало первым экспериментальным подтверждением того, что квантовые эффекты могут проявляться не только в микромире, но и в макроскопических системах– в сверхпроводящих электрических цепях.

М.В. Давидович, профессор кафедры радиотехники и электродинамики:

«Туннели рование – это процесс, при котором частица проходит сквозь энергетический барьер без потери энергии, хотя её собственная энергия может быть меньше высоты этого барьера. В классической физике такое невозможно,а вот квантовая механика не ограничивает область туннелирования: оно может происходить и в макроструктурах, если длина свободного пробега электронов очень велика, например, при низких температурах или в сверхпроводящих материала».

По словам учёного, Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис использовали сверхпроводники, разделённые тонкими слоями непроводящего материала – так называемые джозефсоновские переходы. Это позволило наблюдать явление туннелирования на уровне электрических цепей и контролировать возникающее напряжение.

Профессор подчёркивает:

"Чем ниже температура, тем более «макроскопическим»становится эффект. Поэтому подобные структуры перспективны для квантовых компьютеров, где используются температуры ниже одного кельвина. Для электроники будущего это можно использовать как получение и управление существенными плотностями тока (туннельные и резонансно-туннельные диоды и транзисторы).

С физической точки зрения открытие не стало неожиданностью – квантовая механика давно предсказывала возможность такого явления. Однако именно экспериментальное подтверждение макроскопического туннелирования стало отправной точкой для развития новых технологий.
Главное сегодня – не сама идея, а развитие криогенных и сверхпроводящих технологий. Если они реализованы, это уже не фундаментальная наука, а практическая инженерия. Такие цепи позволяют управлять большими плотностями тока, а значит, открывают путь к созданию туннельных и резонансно-туннельных диодов и транзисторов нового поколения».

В Саратовском университете активно развиваются направления, близкие к тематике Нобелевской премии: спин-орбитроника, функциональная магноника, физика наноструктур и квантовых систем. Здесь исследуют, как квантовые эффекты могут использоваться для управления потоками информации, энергии и излучения в микро- и наноразмерных устройствах.

М.В. Давидович:

«Принципиально новым является то, что следует развивать криогенные и сверхпроводящие технологии. Если они есть, это уже нефундаментальная физика, а практическая реализация».

9 октября отмечается День разгрома советскими войсками немецко-фашистских войск в битве за Кавказ.

Продолжаем серию публикаций в рамках акции #Научныйполк к 80-летию Великой Победы.

Битва за Кавказ – ряд оборонительных и наступательных операций Красной армии в целях защитить Кавказ и разгромить фашистские войска.

В этот день СГУ вспоминает выпускницу геолого-почвенно-географического факультета - лётчицу Надежду Григорьевну Васильеву, которая сражалась на пикирующем бомбардировщике ПЕ-2, содействовала наземным войскам в прорыве обороны врага на Северном Кавказе.

Боевая служба Н.Г. Васильевой проходила в легендарных 586, 587 и 588-м женских авиаполках под командованием майора Марины Расковой.

Историю лётчицы читайте в нашем материале на сайте СГУ.

Центр олимпиадной подготовки программистов имени Н.Л. Андреевой факультета КНиИТ провёл квалификационные соревнования, предшествующие Чемпионату Юга и Поволжья России.

Квалификационные соревнования состоялись одновременно на девятнадцати площадках во Владикавказе, Волгограде, Воронеже, Иннополисе, Казани, Краснодаре, Курске, Липецке, Нижнем Новгороде, Пензе, Самаре, Саранске, Ставрополе, Таганроге, Тамбове, Ульяновске, Чебоксарах, Белгороде и Саратове.

9 команд нашего университета завоевали дипломы различной степени, среди них и команды, состоящие из студентов нового набора Центра олимпиадной подготовки программистов, занятия с которыми проводят Иван Андросов и Михаил Пикляев. Председателем жюри квалификационных соревнований является Александр Фролов.

По итогам квалификационного этапа 40 лучших команд будут приглашены на Чемпионат Юга и Поволжья России, который состоится 28 октября 2025 года. СГУ на четвертьфинале представят 8 команд.

Подробности читайте на сайте СГУ.

МАХ | ВК | ДЗЕН