НОБЕЛОВА НАГРАДА 2025 – ФИЗИКА
- Она што е „егзотично“ во откритијата на тројцата нобеловци е новиот простор наменет за квантните компјутери, кои ќе работат со неверојатна брзина, милијарда пати побрзи од сегашниве, ќе имаат широка примена, па дури е можна и телепортација, но тоа може да биде и „тунелот“ кон апокалипсата. Се надевам дека нема да биде!
Овој текст го посветувам за сеќавање на мојот професор Леон Купер со неговиот пријател Џон Бардин, особено Купер, кој во 1972 година доби Нобелова награда (Куперови парови кај суперкондуктивност) со професорите Џон Бардин (две Нобелови награди: за транзистор и суперкондуктивност) и Роберт Шрифер (математички модел на суперкондуктивноста). Пронајдокот на професорот Купер (1970-тите) е база за годинашните (2025 г) реципиенти на Нобеловата награда за физика Џон Мартинис, Мишел Деворет и Џон Кларк за она што го нарекле „макроскопски квантум тунелинг“ и „енергетска квантизација“ во електрично коло.
Минатиот пат зборувавме за соодветноста или несоодветноста на некои добитници на оваа награда. Претседателот Трамп не ја доби саканата Нобелова награда за мир, хм – не затоа што не би можел, туку заради одредена констелација како моментална бариера на ситуацијата. Друга констелација на „хармонизирани“ фактори до година, можеби ќе овозможи „протнување“ низ бариерите. Ваквото „протнување“ низ бариера физичарите го нарекуваат „тунелинг“ – нешто како тунел низ планина. Ова е алузија на годинашната Нобелова награда базирана на „тунелинг“, а констелацијата е феномен наречен суперкондуктивност. Да, да, наградата за мир често има чудни дисторзии… добро де, добро, една манекенка меѓу старци филозофи нека ја краси политиката, де! Минатите години наградата за мир често имала „берзерковци“ (блесави) за да се „казнат“ несакани (комунизам, тоталитаризам, мадуризам или како што би кажале удбашите – специјална војна). За среќа, тоа не можеме да го кажеме за научните добитници – физичари, хемичари или медицинари.
Приказната за годинашните добитници е многу интересна и е футуристичка. Треба да објасниме (најпросто) три физикални феномени – квантум-информација, суперкондуктивност и тунелинг. Всушност сказната започнува многу одамна, во 1955 година, со еден мисловен експеримент наречен ЕПР, според Алберт Ајнштајн, Борис Подолски и Натан Розен. Од него произлегува дека ако имаме две поврзани честички на растојание и едната се промени, моментално се менува и другата на истиот начин. Сега тоа се вика „заплеткување“ („entanglement“). Тоа заплеткување е можно меѓу кванти, фотони, електрони, атоми, гравитони, а во поново време дури и меѓу молекули (откриено 2025 во Дарам-УК од Симон Корниш, Даниел Рутли, Том Хапуорт и Александер Гатриџ – можни идни нобеловци). Тоа е многу важно за новите компјутери, а можни се и хибридни – атомско-молекулски системи. Тоа ЕПР-дејство меѓу честичките се случува инстантно, што значи информациите одат многу брзо – побрзо од светлината. Ајнштајн не го признал тоа свое откритие, бидејќи му изгледало морничаво, но други докажале дека наодот е коректен. Алан Алпект од Париз успеал експериментално да докаже дека таква инстант „комуникација“ постои кај фотоните, прво во поларизацијата, потоа во спинот и положбата, а сега е покажано во Технион-Израел и за ангуларниот моментум. Тоа уште има назив „квантна суперпозиција“, значи врзаните честички се симултани – како една. Ако е можна таква брзина на пренос на информации, можни се машини (компјутери) што ќе работат со огромна брзина. Таков компјутер би работел милиони пати, па и милијарди пати побрзо од најбрзиот суперкомпјутер и многу нерешливи проблеми (на пр. криптографија) би биле решени за дел од секунда.
Такви се веќе направени во Кина – новиот квантум-компјутер е квадрилион, 10 на петнаесетти степен пати побрз од најбрзиот суперкомпјутер. Областа се вика „квантна информација“, која се дели на неколку гранки, а најважни се квантум-компјутинг, квантум-комуникации, квантум-телепортација и „квантум-интернет“, каде што жестоко се тркаат големите сили, особено САД и Кина. Чувствувате мирис на воени трки, нели? Во класичниот компјутинг честичката може да е во состојба 0 или 1, а во квантум-компјутинг таа е истовремено 0 и 1, па имаме комбинации 00, 01, 10 и 11 – значи четири состојби истовремено па тоа се вика „кјубит“. Може наместо две да има три квантум-состојби, па тоа се вика „кјутрит“ или Н состојби и се вика „кјудит“. „Сплеткувањето“ на честички се добива на неколку начини: поларизирани фотони, заробени јони (trapped ions), ексцитирани електрони, „егзотични честички“ или со суперкондуктивност, како сегашниве нобеловци. Сега се откриени и повеќе состојби со повеќе честички. Ако овој кјубит е информација (шифра), таа информација може да ѝ се прати на другата честичка со огромна брзина, а тоа праќање се вика квантна телепортација (Антон Аспект). Сега е направен силиконски чип каде што не е потребно специјално ладење и е со милион кјубити. Така во иднина ќе може да има мини или џебни квантни компјутери, кои тотално ќе го сменат животот (на пример во FAU-универзитет, со тополошки инсулатори). Професорот Леон Купер открил дека два електрона може да се здружат и да се однесуваат како една честичка. Тоа го постигнал на ниски температури кога „решетката“ на материјата вибрира така што прави „позитивна дупка“, па два електрона (сега откриени и повеќе) се здружуваат во една честичка, која се вика бозон. Бозонот е со најниска енергија и тече низ материјалот како да нема отпор. „Роеви на бозони“ се безенергетски продорни. Професорот Купер во една пригода рече: „Еднаш во њујоршкото метро луѓето одеа во парови, па тоа ми даде идеја за суперкондуктивитетот и суперфлуидност“. Истото тоа го кажуваше една алегорија (парафраза на Кафка): „Александар успеа затоа што сите мечеви без свртени кон Индија“. А после – „мечевите“ се свртеа на сите страни и империјата се распадна. Такво спонтано течење на струја низ материјал, без инпут на енергија (волтажа), се вика суперкондуктивност и создава силно магнетно поле. Професорот Купер велеше „додека размислувавме да направиме лебдечки воз со голема брзина, Англичанецот Брајан Џозефсон конструирал суперкондуктивна спојка што има огромна примена и за тоа добил Нобелова награда“. Имено, ако меѓу два слоја на суперпроводници се стави многу тенок слој на непроводник, низ тенкиот слој ќе се префрлаат Куперови парови и тоа се вика „тунелинг“ (преоѓање на енергетска бариера, што одделни честички не можат).
Вакви струи се користат за мерење ултраслаби магнетни полиња, на пример во астрофизиката, медицината, геофизиката, археологијата, потоа објаснување на нуклеарното зрачење итн. Сето ова се случува на „микроскопско“ ниво, а треба да видиме што е тоа на „макроскопско“ ниво за кое горенаведените научници добија Нобелова награда оваа година. Тројцата нобеловци работеле комплементарно и тешко е да се „издвои“ кој што правел, но базирано на литературата ќе се обидеме да ги наведеме посебните придонеси, но и – заедничкиот.
1) Џон Кларк (роден во Кембриџ УК, 1942), работел во Британија и во Америка (Беркли) во поширока област наречена „кондензирана материја“. Тој им бил и ментор на другите двајца (Мартинис и Деворет) во откривањата на „макроскопската квантна механика“. Го нарекуваат „татко на суперкондуктивната електроника“, која се базира на откритијата на Џозефсон. Во време на докторските студии открил начин за сензитивни мерења SLUG, а подоцна SQUID со огромни апликации денес.
2) Џон Мартинис (роден во 1955 г. во Сан Педро) сега во Санта Барбара. Специфични придонеси: микробранови пулс-мерења, потоа „Xmon qubit“ (висока „скалабилност“ – нагодливост), зголемување на времето на кохеренција, Google sycamore процесор, корекција на квантум-грешка и проект „Квантум-супремација“ (утврдување колку се побрзи новите квантум-компјутери од класичните).
3) Мишел Деворет (роден во Париз во 1953 г.), кој работел во Санта Барбара, е со широк спектрум на специфични откритија. Тој е креатор на поимот „вештачки атом“. Тој утврдил дека макроскопските електрични кола имаат квантни својства и ја создал областа „електродинамика на квантно коло“ (cQED). Инвентор е на JPA (Josephson Parametric Amplifier) – за мерење слаби микробранови сигнали, потоа Cooper Pair Box (купчиња Куперови парови се користат како макроскопски кјубити), Cooper pair processor или „Transmon“, кој намалува шумови како филтер. Тоа се Купер-парови островчиња што „комуницираат“ заедно исто како одделни електронски парови, плус осцилатор Џозефсон, кој е ахармоничен и кој со импулси ги „задушува“ шумовите. Многу се користи од IBM, Google и други. Формулирал квантна теорија на електричните кола (кондензатор, отпорник, систем Џосефсон).
Всушност „вплеткувањето“вакви Куперови парови е тоа што го викаат „вештачки атом“ или „макроскопска квантна физика“, за што главно е доделена наградата. Примената на овие откритија е многу голема – нови квантум-компјутери, криптологија, вештачка интелигенција, машинско учење, креација, нови квантум-сензори, квантум-роботи и роеви, воени цели, следење, разузнавање, економија, разни инструменти, имиџинг-методи во медицината, сателитите, квантум-микроскопија, моделирање нови лекови и материјали, финансиско моделирање, кибер-сигурност, сообраќајна сигурност, автоматски возила и летала, ултрапрецизно мерење, атомски часовници, микробран во светлина конверзија, ласерски диоди, астрономија, метеорологија и уметност (слики, анимации, мултидимензии, музика, игри, креативно предавање, креирање бои, идеи, испитување неизвесност, алтернативна реалност, театар)…
Сега, за крај, поставувам мои „егзотични“ прашања – не мора да обрнувате внимание на нив ако не ве интересираат. Дали е можна макроскопска квантна телепортација? Некои велат да – но не како во Спејс-трек, туку треба априори да постојат два објекта…. хмммм, ова е Кант – сѐ е „априори“ само треба да се појави… Велат дека Тесла имал телепортациски експеримент („Филаделфија експеримент“) – дали одиме натаму? Дали клетки во организмот имаат суперкондуктивни особини (на пример мембраната – види ја книгата „Tunneling in Molecules“ од Johannes Kastner)? Дали се можни квантум-телепортациски трансфер и креација на пари или квантум-криптовалути? Дали се можни квантум-роботски роеви или можеби популации (манипулирање со популации)? Дали е можна Шредингерова макромачка? – Тоа може да е основа за колосални разурнувања и анихилации. Се надевам дека не е можна!
Проф. д-р Самуел Колономос Садикарио
