รางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2025: การทะลุผ่านเชิงควอนตัมระดับมหภาคและการควอนไทซ์พลังงานในวงจรไฟฟ้า The 2025 Nobel Prize in Physics: Macroscopic Quantum Mechanical Tunnelling and Energy Quantisation in an Electric Circuit

摘要

เมื่อวันที่ 7 ตุลาคม 2025 ราชบัณฑิตยสภาวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดนประกาศมอบรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2025 ให้แก่จอห์น คลาร์ก มิเชล เดโวเรต์ และจอห์น มาร์ตินิส จากผลงานการค้นพบปรากฏการณ์การทะลุผ่านเชิงควอนตัมระดับมหภาค (Macroscopic quantum mechanical tunnelling) และการควอนไทซ์พลังงานในวงจรไฟฟ้าที่มีจุดต่อโจเซฟสัน (Josephson junction) บทความนี้ทบทวนภูมิหลังทางทฤษฎีตั้งแต่การทำนายของไบรอัน โจเซฟสัน ในปี 1962 และข้อเสนอของแอนโทนี เล็กเกตต์ ในปี 1980 เกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่สถานะควอนตัมมหภาคจะทะลุผ่านกำแพงพลังงาน ก่อนอธิบายวิธีการทดลองและผลการค้นพบที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ในช่วงปี 1984-1985 ซึ่งยืนยันทั้งปรากฏการณ์การทะลุผ่านเชิงควอนตัม และการมีอยู่ของระดับพลังงานไม่ต่อเนื่องในวงจรระดับมหภาค บทความยังนำเสนอสมการพื้นฐานของจุดต่อโจเซฟสัน วิเคราะห์กลไกทางฟิสิกส์ ที่เชื่อมโยงการค้นพบนี้เข้ากับการออกแบบซุปเปอร์คอนดักติงคิวบิต (Superconducting qubit) แบบ Transmon และอธิบายบทบาทของตู้เย็นเจือจาง (Dilution refrigerator) ในการรักษาอุณหภูมิระดับมิลลิเคลวินที่จำเป็นต่อการสังเกตปรากฏการณ์เชิงควอนตัมเหล่านี้ ผลการทบทวนชี้ให้เห็นว่าการค้นพบนี้ เป็นหลักฐานเชิงประจักษ์สำคัญที่แสดงว่ากฎของกลศาสตร์ควอนตัมสามารถขยายขอบเขตจากระดับอะตอมไปสู่ระบบขนาดมหภาคที่มนุษย์สร้างขึ้นได้จริง และเป็นรากฐานโดยตรงของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ควอนตัมในปัจจุบัน