รางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ 2025 มอบให้นักวิจัยที่สร้างรากฐานของวงการควอนตัมคอมพิวเตอร์ให้โลก

ราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน (The Royal Swedish Academy of Sciences) ประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2025 ให้แก่จอห์น คลาร์ก (John Clarke), ไมเคิล เอช. เดโวเร็ต (Michel H. Devoret) และจอห์น เอ็ม. มาร์ตินิส (John M. Martinis) 

สำหรับการค้นพบปรากฏการณ์ทางควอนตัมจากการทดลองต่อวงจรไฟฟ้าในตัวนำยิ่งยวด (Superconductor) ในระดับมหภาคได้เป็นครั้งแรก (Macroscopic quantum mechanical tunnelling)

ภาพ (Diagram) การทะลุผ่านทางควอนตัม (Quantum tunnelling), ภาพ: The Nobel Prize

การทดลองคอวนตัมระดับมหภาคครั้งแรกของโลก

ในปี 1984 และ 1985 John Clarke, Michel H. Devoret และ John M. Martinis ได้ออกแบบการทดลองเพื่อสังเกตและค้นคว้าปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่เรียกว่า ควอนตัม เทอเนลลิง (Quantum tunnelling) ผ่านรูปแบบวงจรไฟฟ้าที่เรียกว่า วงจรไฟฟ้าแบบโจเซฟสัน (Josephson junction) 

วงจรไฟฟ้าแบบโจเซฟสัน (Josephson junction) เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างจากตัวนำยิ่งยวด (superconductor) ซึ่งนำกระแสไฟฟ้าได้โดยไม่มีความต้านทานทางไฟฟ้า และจะทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่ประจุในตัวนำประพฤติตัวเสมือนมีอนุภาคเดียว ซึ่งง่ายต่อการสังเกตปรากฏการณ์ทางควอนตัมต่าง ๆ และในวงจร ตัวนำยิ่งยวดจะถูกแยกออกจากกันด้วยชั้นของวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าที่บางมาก (Thin insulating barrier) 

รูปแบบอนุภาคประจุในตัวนำไฟฟ้าแบบยิ่งยวด (Superconductor), ภาพ: The Nobel Prize

ในขณะที่ Quantum tunnelling คือปรากฏการณ์ที่เสนอว่า อนุภาคสามารถทะลุผ่านอุปสรรคไปได้ แม้จะไม่มีพลังงานมากพอก้าวข้ามอุปสรรคนั้นก็ตาม สมมติเช่น ลูกบอลที่ไม่สามารถกลิ้งผ่านภูเขาได้หากไม่มีคนเตะหรือผลักด้วยแรงที่มากพอตามหลักกลศาสตร์ฟิสิกส์ดั้งเดิม (Classical mechanics) จะสามารถทะลุผ่านภูเขานั้นได้ในทางกลศาสตร์แบบควอนตัม

ในเวลานั้น John Clarke, Michel H. Devoret และ John M. Martinis ออกแบบและปรับแก้การต่อวงจรไฟฟ้าแบบโจเซฟสัน (Josephson junction) อย่างละเอียด เพื่อสังเกตปรากฏการณ์ทะลุผ่านทางควอนตัมที่เกิดขึ้นนับตั้งแต่สถานะที่ไม่มีการจ่ายไฟฟ้าในระบบ ไปจนถึงช่วงเวลาที่ระบบสามารถวัดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า (Voltage) ได้ หลังจากเริ่มปล่อยกระแสไฟฟ้าแบบอ่อนเข้าไปในระบบ

ภาพ (Diagram) การทดลองของ John Clarke, Michel H. Devoret และ John M. Martinis, ภาพ: The Nobel Prize

ความสำเร็จจากการทดลองคอวนตัมระดับมหภาคครั้งแรกของโลก

โดยทั้ง 3 คน สามารถวัดค่าผลลัพธ์ต่าง ๆ ที่ได้จากการทดลองในครั้งนั้นได้สำเร็จ เป็นการพิสูจน์พฤติกรรมของอนุภาคว่าเกิดการทะลุผ่านทางควอนตัม (Quantum tunnelling) ซึ่งเป็นไปตามหลักกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum mechanics) ได้ 

อีกทั้งเป็นการทดลองที่พบว่าอนุภาคมีการแจงหน่วยพลังงานควอนตัม (Energy Quantisation) ตามทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งเป็นความสำเร็จในระดับใหญ่ (Macroscopic scale) ที่มนุษย์สามารถสังเกตและออกแบบได้อีกด้วย

จากการทดลองของทั้ง 3 คน ทำให้เกิดการนำวงจรไฟฟ้าแบบโจเซฟสันไปประยุกต์ใช้กับการควบคุมลักษณะการต่อวงจรไฟฟ้าที่มีขนาดเล็ก เช่น ไมโครชิปในคอมพิวเตอร์ ตลอดจนการประยุกต์ใช้ในด้านการสื่อสาร (Quantum Information) การเข้ารหัสข้อมูลแบบควอนตัม (Quantum cryptography) รวมถึงเป็นรากฐานของควอนตัมคอมพิวเตอร์ (Quantum computer) ด้วยเช่นกัน

แผนภาพการแจงหน่วยพลังงานควอนตัม (Energy Quantisation), ภาพ: The Nobel Prize

โดยทั้ง 3 คน ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ “จากการค้นพบปรากฏการณ์ทะลุผ่านทางกลศาสตร์ควอนตัมเชิงมหภาคและการแจงหน่วยพลังงานควอนตัมในวงจรไฟฟ้า”

The Nobel Prize in Physics 2025 was awarded to John Clarke, Michel H. Devoret and John M. Martinis "for the discovery of macroscopic quantum mechanical tunnelling and energy quantisation in an electric circuit."

ทั้งนี้ รางวัลโนเบลยังมาพร้อมกับเงินรางวัลมูลค่า 11 ล้านโครนาสวีเดน หรือประมาณ 38 ล้านบาท ซึ่งจะแบ่งให้ทั้ง 3 คน ต่อไป โดยผู้ที่สนใจสามารถอ่านรายละเอียดการมอบรางวัล และองค์ความรู้ทางฟิสิกส์โดยละเอียดได้ที่ลิงก์นี้