Die Royal Swedish Academy of Sciences hat den Nobelpreis für Physik 2025 an John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis vergeben. Die Auszeichnung würdigt Experimente, die Quanteneffekte wie Tunneln und quantisierte Energien in einem elektronischen Schaltkreis auf makroskopischer Ebene demonstrierten.

Die diesjährigen Nobelpreisträger führten Experimente mit einem elektrischen Schaltkreis durch, der groß genug ist, um in der Hand gehalten zu werden, und zeigten darin sowohl quantenmechanisches Tunneln als auch quantisierte Energiezustände. In der Quantenmechanik kann ein Teilchen durch eine Barriere hindurchtreten – ein Effekt, der als Tunneln bezeichnet wird. In großen Systemen treten solche Quanteneffekte normalerweise nicht auf. Die Experimente machten diese Eigenschaften jedoch auf makroskopischer Ebene sichtbar.

Zwischen 1984 und 1985 untersuchten John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis einen Schaltkreis aus Supraleitern, die elektrischen Strom ohne Widerstand leiten. In diesem Schaltkreis waren die supraleitenden Bauteile durch eine dünne nichtleitende Schicht voneinander getrennt, eine sogenannte Josephson-Kontakt. Durch präzise Messung und Kontrolle der Schaltkreiseigenschaften konnten die Forschenden die auftretenden Phänomene beim Stromdurchfluss untersuchen.

Das System aus den geladenen Teilchen verhielt sich dabei wie ein einzelnes makroskopisches Teilchen, das den gesamten Schaltkreis ausfüllte. Anfangs befand sich das System in einem Zustand ohne Spannungsabfall, vergleichbar mit einem Teilchen, das hinter einer Barriere gefangen ist. Der Quanteneffekt zeigte sich darin, dass das System durch Tunneln diesen Nullspannungszustand verlassen konnte. Die Änderung des Zustands wurde durch das Auftreten einer Spannung sichtbar. Zusätzlich konnten die Forschenden nachweisen, dass der Schaltkreis quantisiert reagierte und nur bestimmte Energiemengen absorbierte oder abgab.

„It is wonderful to be able to celebrate the way that century-old quantum mechanics continually offers new surprises. It is also enormously useful, as quantum mechanics is the foundation of all digital technology,“ sagt Olle Eriksson, Vorsitzender des Nobelkomitees für Physik. Transistoren in Computerchips sind ein etabliertes Beispiel für die Nutzung quantenmechanischer Effekte.

Die Arbeiten der Preisträger bieten zudem Grundlagen für die Weiterentwicklung der nächsten Generation von Quantentechnologien, darunter Quantenkryptographie, Quantencomputer und Quantensensoren.

Die Preisträger

• John Clarke (geb. 1942, Cambridge, UK), PhD 1968, University of Cambridge; Professor an der University of California, Berkeley, und University of California, Santa Barbara.
• Michel H. Devoret (geb. 1953, Paris, Frankreich), PhD 1982, Paris-Sud University; Professor an der Yale University und University of California, Santa Barbara.
• John M. Martinis (geb. 1958, USA), PhD 1987, University of California, Berkeley; Professor an der University of California, Santa Barbara.

Detaillierte Informationen zu den Experimenten, den quantenmechanischen Effekten und den Auszeichnungen stellt die Royal Swedish Academy of Sciences zur Verfügung. Sie finden die PDFs unten zum Download.