ジョン・クラーク、ジョン・マーチニス、ミッシェル・デヴォレの3名が、2025年ノーベル物理学賞を受賞したことが発表されました。これは、量子トンネル効果に関する彼らの研究に対する評価です。
量子トンネル効果は、粒子が固体障壁を通過することができる不思議な現象です。20世紀の最初の半分にわたって広く研究されましたが、1980年代までは、物理学者たちはこの現象を単一原子未満の非常に小さなスケールでしか観察していませんでした。
1984年と1985年の一連の実験において、クラーク、デヴォレ、マーチニスは、手のひらに乗るほどの大きさの超伝導電気回路においてこの効果を示した初めての研究者となりました。回路の特性を測定し地図化することで、彼らは電子が単一の粒子としてこの回路を通過し、分断バリアを超えて全体に広がる様子を示しました。
この発見は、今日の量子コンピュータの基盤となっています。これらのコンピュータは、今日利用可能な最も高度なコンピュータよりも指数関数的に速く、より強力です。スマートフォンや政府のラボにあるスパコンなど、既存の電子機器はすべてビットを基本的な構成要素としています。
ビットは、基礎的なデジタル情報の単位であり、ゼロまたは一に設定できる電子スイッチです。複数のビットを組み合わせると、計算を行うことができます。
量子コンピューティングは、量子レベルで粒子が同時に2つの状態を占有できるという発見から生まれました。これは、ゼロと一の両方、あるいはその組み合わせであり、スーパーポジションとして知られています。粒子はまた、どれだけ離れていても量子状態を共有することができるエンタングルメントを持つこともあります。
これらの働きをコンピュータチップに誘導すれば、量子ビット（キュービット）は従来のビットが一度に一つの計算しかできないのに対し、同時に多くの計算を行うことが可能になります。
この分野の展望は興奮と不安をもたらします。量子コンピュータは、あらゆる自然現象や化学プロセスを非常に迅速かつ正確にモデル化できる可能性があります。これは新薬や新材料の探求、より効率的なエネルギーシステム、さらにはさまざまな有益な成果のための推測を大幅に減少させるでしょう。
しかし、これらの強力なシステムを支配する量子状態は非常に脆弱です。熱、光、動きからのごくわずかな乱れでも、これらの接続を壊すことがあります。そのため、今日のほとんどの量子コンピュータは、絶対零度近くに冷却され、完全な暗闇と隔離された状態で運用されています。
超伝導キュービットの構造と機能は、クラーク、デヴォレ、マーチニスによってUCバークレーで40年前に初めて説明されました。
「これはキュービットの祖父であり、現代のキュービット回路にはもう少しノブや配線が増えていますが、それは調整する方法やエンタングルさせる方法などに過ぎません。これらの回路が量子化され、量子であるという基本的なアイデアは、この実験で本当に示されました。」と、UCバークレーの物理学部長であり、デヴォレのイェール大学の研究所での元ポスドクであるイルファン・シッディキは述べています。
クラークは1969年からUCバークレーの教員を務め、2010年にローレンス・バークレー国立研究所を退職しました。彼は、超伝導量子干渉素子（SQUID）と呼ばれる超高感度検出器に関する研究で知られています。SQUIDは、非常に低い周波数でのNMR信号の検出、地球物理学、材料の非破壊評価、生物センサーなど多くの応用に使用されています。
現在、彼はアクシオンダークマター実験と共同で仕事をしており、SQUIDに基づく低ノイズ超伝導量子増幅器を開発しました。ADMXは、アクシオンと呼ばれる可能性のある暗黒物質の候補を探しています。彼がADMXのために発明した高周波で低ノイズの量子SQUID増幅器は、量子コンピュータの超伝導量子ビット（キュービット）を読み出すための別の物理分野で使用されています。
マーチニスは1987年にUCバークレーでクラークの指導の下、物理学の博士号を取得し、2004年にUCサンタバーバラに移籍しました。2014年には、量子コンピュータを構築するためにGoogle Quantum AIに招聘され、エンタングルした53のキュービットシステムを開発しました。このシステムは、古典的なコンピュータには解決が困難とされていた問題を解決しました。2020年にはGoogleを辞し、オーストラリアのスタートアップであるシリコン量子コンピューティングに参加しました。2022年には、量子コンピュータ会社Qolabを共同設立し、最高技術責任者を務めています。
「ノーベル賞を受賞できて光栄です。」とマーチニスは述べています。「私の博士論文の過程で、クラーク博士とデヴォレ博士と一緒に仕事ができたことに感謝しています。彼らは魅力的な実験を行う方法を教えてくれました。グローバルな物理学コミュニティも、超伝導キュービットの成功に大いに貢献しています。次は、役立つ量子コンピュータを構築しましょう！」
デヴォレは1982年にフランスのオルセー大学で凝縮系物理学の博士号を取得し、1982年から1984年にかけてUCバークレーのクラークの研究室でポスドクの研究者として働きました。その後、1995年から2002年までフランスのCEAサクレで量子トロニクスグループの研究ディレクター、2002年から2024年までイェール大学の応用物理学の教授を務めました。彼はその後UCサンタバーバラの教員となり、Google Quantum AIのチーフサイエンティストでもあります。
「ジョン・クラーク、ジョン・マーチニス、ミッシェル・デヴォレの3名が私たちが今享受している第二の量子革命を主導していることに非常に興奮しています。」と、バークレーラボの所長であるマイク・ウィザーエルは述べました。「ジョン・クラークは、バークレーラボで多くの年にわたり重要な教員研究者でした。これは素晴らしいニュースです。」
2025年は量子力学の100周年にあたります。量子力学は1925年にヴェルナー・ハイゼンベルクとエルヴィン・シュレーディンガーによって初めて説明されました。「百年の歴史を持つ量子力学が新たな驚きを提供し続けていることを祝うことができるのは素晴らしいことです。」とノーベル物理学賞委員会の議長オレ・エリクソンは語りました。「また、量子力学はすべてのデジタル技術の基礎であるので、非常に有用でもあります。」
今、ノーベル賞の歴史において、カリフォルニア大学から同じカテゴリで受賞した教員が3名いるのは二度目のことになります。1995年にはカリフォルニア大学アーバイン校のポール・J・クルツン、マリオ・J・モリーナ、F・シェルウッド・ローランドが、工業化学物質であるクロロフルオロカーボンのオゾン破壊特性を発見したことでノーベル化学賞を受賞しました。この発見は、これらの物質の全球的な禁止につながり、地球のオゾン層の壊滅的な破壊を回避することに寄与しました。
2025年の生理学または医学に関するノーベル賞は、UCサンディエゴで学士号を取得し、UCLAで微生物学と免疫学の博士号を取得した免疫学者のフレデリック・J・「フレッド」ラムスデルに授与されました。
ラムスデルは、人間の免疫系に関する研究で表彰され、彼の研究はメリー・ブランコウ（シアトルのシステム生物学研究所）および坂口志文（日本の大阪大学）と共に行われました。
この物語は現在進行中です。ロバート・サンダースとソニア・フェルナンデスが報告に貢献しました。
画像の出所：universityofcalifornia