Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften hat entschieden: Der Nobelpreis für Physik des Jahres 2025 geht an die Forscher John Clarke (Großbritannien), Michel Devoret (Frankreich) und John Martinis (USA). Die Auszeichnung würdigt ihre bahnbrechenden Entdeckungen zum makroskopischen quantenmechanischen Tunneln und der Quantisierung der Energie in einem elektrischen Schaltkreis. Diese Arbeit liefert einen tiefen Einblick in die grundlegendsten Gesetze der Physik und könnte die Basis für zukünftige digitale Technologien stärken, berichtet nume.ch unter Berufung auf offiziellen Website des Nobelkomitees.
Der Nobelkomitee hob hervor, dass eine der zentralen Fragen der modernen Physik die maximale Größe eines Systems betrifft, das noch Quanteneffekte zeigen kann. Die Preisträger des Jahres 2025 beantworteten diese Frage mit einer eleganten Reihe von Experimenten. Sie demonstrierten sowohl das quantenmechanische Tunneln als auch die Quantisierung der Energieniveaus in einem elektrischen Schaltkreis, der so groß ist, dass er buchstäblich in einer Hand gehalten werden könnte – eine Demonstration von Quantenphänomenen auf einer überraschend großen, "makroskopischen" Skala.
Zwischen 1984 und 1985 führten Clarke, Devoret und Martinis ihre entscheidenden Versuche durch. Ihr Versuchsaufbau basierte auf einem Schaltkreis aus Supraleitern, Materialien, die elektrischen Strom ohne jeglichen Widerstand leiten können. Ein Kernelement war dabei der sogenannte Josephson-Kontakt: Eine dünne Schicht aus nichtleitendem Material trennte zwei supraleitende Komponenten.
Durch die präzise Verfeinerung des Schaltkreises und die Durchführung exakter Messungen seiner verschiedenen Eigenschaften gelang es ihnen, die auftretenden Phänomene, während Strom floss, zu steuern und detailliert zu untersuchen. Im supraleitenden Material bewegen sich geladene Teilchen in einer Weise, dass sie effektiv ein einziges, das gesamte elektrische Rohr umfassendes, teilchenähnliches System bilden.
Dieses makroskopische, teilchenähnliche System befindet sich normalerweise in einem Zustand, in dem der Strom widerstandslos fließt und keine Spannung messbar ist. Man kann sich diesen Zustand wie eine Kugel in einer Mulde vorstellen, die durch eine Barriere am Verlassen gehindert wird. Im Experiment zeigten die Forscher, wie dieses System seinen quantenmechanischen Charakter offenbart: Es entkommt dem Nullspannungszustand durch das Quantentunneln. Das Auftreten einer messbaren Spannung ist dabei das Signal für den Zustandswechsel.
Die Wissenschaftler konnten überdies beweisen, dass sich ihr System exakt gemäß den Vorhersagen der Quantenmechanik verhält: Die Energie des Systems ist quantisiert, was bedeutet, dass es Energie nur in bestimmten, diskreten Portionen aufnehmen oder abgeben kann.
Olle Eriksson, der Vorsitzende des Nobelkomitees für Physik, kommentierte die Bedeutung der Entdeckung: "Es ist wunderbar zu sehen, wie die über hundertjährige Quantenmechanik uns ständig mit neuen Überraschungen aufwartet. Dies ist auch von unschätzbarem praktischen Wert, da die Quantenmechanik die Grundlage aller digitalen Technologien bildet." Die Arbeit der drei Pioniere hat somit nicht nur fundamentale physikalische Grenzen verschoben, sondern auch Potenziale für die Weiterentwicklung unserer technologischen Welt aufgezeigt.
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