สตอกโฮล์ม, สวีเดน – ราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน (The Royal Swedish Academy of Sciences) ได้ประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2025 ให้แก่ จอห์น คลาร์ก (John Clarke) มีแชล เอช. เดอวอแร (Michel H. Devoret) และจอห์น เอ็ม. มาร์ตินิส (John M. Martinis) สำหรับการค้นพบอันยิ่งใหญ่ ปรากฏการณ์ของ “กลศาสตร์ควอนตัม” ซึ่งเคยมองว่าเกิดขึ้นได้เฉพาะในระดับอะตอมและอนุภาคเล็กจิ๋ว สามารถสังเกตเห็นได้ในระบบขนาดมหภาคหรือขนาดที่สามารถถือไว้ในมือได้
ผลงานของนักฟิสิกส์ทั้งสามท่านนี้ได้รับเกียรติจากการค้นพบ “การลอดอุโมงค์ทางกลศาสตร์ควอนตัมในระดับมหภาค” (macroscopic quantum mechanical tunnelling) และ”การแจงหน่วยพลังงาน” (energy quantisation) ในวงจรไฟฟ้า ซึ่งเป็นการเปิดศักราชใหม่ของเทคโนโลยีควอนตัมในอนาคต
หลักการของฟิสิกส์ดั้งเดิม (Classical Physics) บอกเราว่า หากมีลูกบอลถูกโยนเข้าหากำแพงอิฐ ถ้าลูกบอลไม่มีพลังงานมากพอที่จะกระโดดข้าม มันก็จะกระเด้งกลับมาเท่านั้น แต่ในโลกของกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum Mechanics) ซึ่งเป็นทฤษฎีที่อธิบายพฤติกรรมของสสารในระดับที่เล็กที่สุด อนุภาคสามารถใช้กระบวนการที่เรียกว่า “การลอดอุโมงค์” (Tunnelling) ในการทะลุผ่านกำแพงหรือสิ่งกีดขวางทางพลังงานได้ แม้ว่าจะมีพลังงานไม่พอที่จะข้ามไปก็ตาม
อย่างไรก็ตาม ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า เมื่อระบบมีขนาดใหญ่ขึ้นและมีอนุภาคจำนวนมากเข้ามาเกี่ยวข้อง ปรากฏการณ์ควอนตัมอันแปลกประหลาดนี้มักจะหายไปจนไม่สามารถสังเกตเห็นได้
ในช่วงปี 1984 และ 1985 จอห์น คลาร์ก, มีแชล เอช. เดอวอแร, และ จอห์น เอ็ม. มาร์ตินิส ได้ทำการทดลองอันเป็นจุดเปลี่ยน พวกเขาสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์จากตัวนำยิ่งยวด (Superconductor) ซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่มีความต้านทานไฟฟ้าเลย พวกเขาได้ใช้เทคนิคที่เรียกว่า “รอยต่อโจเซฟสัน” (Josephson junction) ซึ่งเป็นการนำตัวนำยิ่งยวดสองชิ้นมาคั่นด้วยชั้นฉนวนบาง ๆ ที่ไม่นำไฟฟ้า
ในวงจรนี้ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านตัวนำยิ่งยวดนับพันล้านอนุภาคได้รวมตัวกันและแสดงพฤติกรรมราวกับเป็นอนุภาคเดี่ยวขนาดใหญ่ที่เต็มวงจร โดยปกติ ระบบนี้จะติดอยู่ในสถานะที่กระแสไฟฟ้าไหลโดยไม่มีแรงดันไฟฟ้า (Zero-Voltage State) เปรียบเสมือนอนุภาคที่ถูกขังอยู่หลังกำแพงพลังงาน
แต่ด้วยความแม่นยำและการควบคุมการวัดอย่างละเอียด นักฟิสิกส์ทั้งสามได้แสดงให้เห็นว่า ระบบขนาดมหภาคนี้สามารถ “ลอดอุโมงค์” ออกจากสถานะที่ติดอยู่ได้ และแสดงลักษณะทางควอนตัมออกมา โดยสิ่งที่ตรวจจับได้ก็คือ การปรากฏของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนสถานะของระบบนั่นเอง
นอกจากนี้ พวกเขายังพิสูจน์ได้ว่า ระบบนี้มีการดูดซับหรือปล่อยพลังงานออกมาเป็นปริมาณที่จำเพาะเจาะจงเท่านั้น ซึ่งเป็นไปตามหลักการของ “การแจงหน่วยพลังงาน” (#Quantisation) ตามที่กลศาสตร์ควอนตัมทำนายไว้
การค้นพบของคณะนักวิจัยนี้ได้ตอบคำถามพื้นฐานที่ว่า กลศาสตร์ควอนตัมจะไปไกลได้แค่ไหนในโลกแห่งความเป็นจริง และได้ยกระดับปรากฏการณ์ควอนตัมจากห้องทดลองในระดับจุลภาค (Microscopic) ขึ้นสู่ระดับมหภาค (Macroscopic) อย่างแท้จริง
ผลงานที่ล้ำหน้านี้ได้วางรากฐานอันแข็งแกร่งสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมยุคหน้าอย่างชัดเจน ซึ่งรวมถึง
- คอมพิวเตอร์ควอนตัม (Quantum Computers) ที่ใช้หลักการควอนตัมในการประมวลผลอันซับซ้อนเกินกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป
- การเข้ารหัสควอนตัม (Quantum Cryptography) เพื่อสร้างระบบการสื่อสารที่มีความปลอดภัยสูงสุด
- เซนเซอร์ควอนตัม (Quantum Sensors) อุปกรณ์ตรวจจับที่มีความไวสูงเป็นพิเศษ
ดังนั้น รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปีนี้จึงเป็นการเฉลิมฉลองให้กับความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ที่ได้กลายเป็นรากฐานที่สำคัญและเป็นตัวเร่งการปฏิวัติด้านดิจิทัลและเทคโนโลยีแห่งโลกอนาคต
ข้อมูลอ้างอิง: The Nobel Prize
- Nobel Prize in Physics 2025
About the Author
