วันที่ 7 ตุลาคม 2025 – ราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน (The Royal Swedish Academy of Sciences) ได้ประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2025 ให้แก่ ศาสตราจารย์จอห์น คลาร์ก (John Clarke) มิเชล เอช. เดโวเร็ต (Michel H. Devoret) และ จอห์น เอ็ม. มาร์ตินิส (John M. Martinis) สำหรับผลงาน “การค้นพบการทะลุผ่านของกลศาสตร์ควอนตัม ในระดับมหภาคและการควอนไทซ์ของพลังงานในวงจรไฟฟ้า”
ผลงานการทดลองของนักฟิสิกส์ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปีนี้แสดงให้เห็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ควอนตัมที่เกิดขึ้นจริงบนแผงวงจรขนาดเล็ก ถือเป็นการตอบคำถามสำคัญในวงการฟิสิกส์ที่ว่า ระบบขนาดใหญ่ที่สุดที่สามารถแสดงผลทางกลศาสตร์ควอนตัมได้นั้นมีขนาดใหญ่ได้มากเพียงใด
อนุภาคสามารถเคลื่อนที่ทะลุผ่านสิ่งกีดขวางได้โดยตรง เรียกว่า “การทะลุผ่านแบบควอนตัม” (quantum mechanical tunnelling) ตามปกติแล้วเมื่อระบบมีอนุภาคจำนวนมากเข้ามาเกี่ยวข้อง ผลกระทบทางควอนตัมจะลดความสำคัญลงจนไม่มีนัยสำคัญ แต่การทดลองของนักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่านได้แสดงให้เห็นว่า คุณสมบัติทางควอนตัมสามารถเกิดขึ้นได้อย่างชัดเจนใน “ระดับมหภาค” (macroscopic scale) หรือในระบบที่มีขนาดใหญ่พอที่จะถือได้ด้วยมือ
ในปี ค.ศ. 1984-1985 นักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่านได้ทดลองต่อเนื่องกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างขึ้นจากตัวนำยิ่งยวด (superconductors) ซึ่งเป็นวัสดุที่นำกระแสไฟฟ้าได้โดยไม่มีความต้านทานไฟฟ้าเลย โดยองค์ประกอบที่เป็นตัวนำยิ่งยวดเหล่านี้ถูกคั่นด้วยชั้นวัสดุบาง ๆ ที่ไม่นำไฟฟ้า การจัดวางเช่นนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อ “รอยต่อโจเซฟสัน” (Josephson junction)
ด้วยการปรับปรุงและวัดคุณสมบัติต่าง ๆ ของวงจรอย่างละเอียด พวกเขาควบคุมและสำรวจปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อมีการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านวงจร โดยอนุภาคมีประจุที่เคลื่อนที่ผ่านตัวนำยิ่งยวดเหล่านี้ได้รวมตัวกันกลายเป็นระบบที่ทำตัวเหมือนกับเป็นอนุภาคเดี่ยวที่ครอบคลุมวงจรทั้งหมด
ในสถานะเริ่มต้น ระบบที่มีลักษณะคล้ายอนุภาคในระดับมหภาคนี้จะอยู่ในสถานะที่กระแสไหลได้โดยไม่มีแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้น (zero-voltage state) โดยถูกกักอยู่ในสถานะนี้เสมือนอยู่ด้านหลังกำแพงที่ไม่สามารถข้ามได้ แต่ในการทดลองระบบได้แสดงให้เห็นถึงคุณลักษณะทางควอนตัมด้วยการหลบหนีออกจากสถานะไร้แรงดันไฟฟ้า ผ่านกระบวนการทะลุผ่านแบบควอนตัม และการเปลี่ยนแปลงสถานะนี้ถูกตรวจจับได้จากการปรากฏขึ้นของแรงดันไฟฟ้า
นอกจากนี้ผู้ได้รับรางวัลยังแสดงให้เห็นว่าระบบนี้มีพฤติกรรมเป็นไปตามที่กลศาสตร์ควอนตัมทำนายไว้ นั่นคือ ระบบมีคุณสมบัติ “การควอนไทซ์” (quantised) ซึ่งหมายความว่า ระบบจะดูดซับหรือปล่อยพลังงานออกมาในปริมาณที่จำเพาะเจาะจงเท่านั้น
ปัจจุบันเทคโนโลยีควอนตัมที่ใช้กันอยู่รอบตัวเรา เช่น ทรานซิสเตอร์ในไมโครชิปคอมพิวเตอร์ ก็เป็นหนึ่งในผลผลิตของเทคโนโลยีควอนตัมที่ได้รับการยอมรับและใช้งานจริง แต่รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปีนี้ได้เปิดประตูสู่การพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมในยุคถัดไป ซึ่งรวมถึงการเข้ารหัสแบบควอนตัม (quantum cryptography) คอมพิวเตอร์ควอนตัม (quantum computers) และเซนเซอร์ควอนตัม (quantum sensors) ที่จะพลิกโฉมหน้าของเทคโนโลยีในอนาคตอันใกล้
ข้อมูลอ้างอิง: The Nobel Prize
About Author
