LU konference
Džons Klārks (John Clarke), Mišels Devorē (Michel H. Devoret) un Džons Martiniss (John M. Martinis) - šī trijotne kvantu elektronikas nozarē tiek uzskatīta par tās dižgariem un dibinātājiem. Šogad viņiem tiek piešķirta Nobela prēmija par fundamentālajiem eksperimentiem, kas pirmo reizi ļāva elektroniski vadīt atsevišķus kvantus. Ikdienas IT tehnoloģijas balstās uz parastajiem (makroskopiskajiem) elektrības likumiem, kurus var pielietot tad, kad kvantu ir daudz, un tie saplūst vienā masā. Taču spēles noteikumi mainās īpašos apstākļos, kuros elektrība uzvedas kvantiski. Izšķirošā ir strāvas plūsmas izolēšana no visiem trokšņiem, lai tie nenomāc trauslo kvantu interferences parādību. To var panākt ar tādu elektrības veidu, kas plūst bez pretestības – elektronu pāru supraplūstošu kondensātu, kas pie dažiem grādiem virs absolūtās nulles veidojas noteiktos metālos. Šī gada laureāti 1980-to gados Bērklijas universitātē veiktajos eksperimentos pārliecinoši pierādīja, ka elektriskās ķēdes supravadošā elementa uzvedība var būt ekvivalenta vienai kvantu daļiņai par spīti makroskopiskajam rezonatora izmēram. Izšķiroši, ka šādu “makroskopisko kvantu” var vadīt un mērīt elektroniski. Šis atklājums pavēra durvis kvantu elektronikas tehnoloģijai, ar kuru šodien tiek uzstādīti pasaules rekordi kvantu skaitļošanā (supravadošu kubitu skaitļotāji).
Jāatzīmē, ka divi no laureātiem, Mišels Devorē un Džons Martiniss tagad kļuvuši par supravadošās kvantu skaitļošanas līderiem. Martiniss no 2014. līdz 2020. gadam vadīja Google kvantu skaitļošanas komandu, kura pirmā uzbūvēja kvantu datoru, kas ir pietiekami jaudīgs, lai to nevarētu nomodelēt uz tradicionālā datora, tādējādi sasniedzot “kvantu pārākumu”. Devorē ir pašreizējais Google galvenais zinātnieks kvantu datoru aparatūrā. Starp eksperimentālās kvantu skaitļošanas līderiem ir arī daudzi zinātnieki, kuri viņu vadībā izstrādājuši doktora darbus vai pēcdoktorantūras projektus.
Šī gada Nobela prēmijas laureātu ieviestās metodes un pieejas turpina virzīt kvantu tehnoloģiju attīstību visā pasaulē. Viena no jomām ir supravadāmības kombinēšana ar citām, t.sk., topoloģiskajām, elektronisko materiālu īpašībām, kam ir savas unikālas priekšrocības. Arī Latvijas Universitātē nākamgad tiks uzstādīta kriogēniska iekārta, kurā pētīt makroskopiskos kvantu efektus jaunajos materiālos un ierīcēs. Šo eksperimentālo pētījumu virzienu vada EZTF Fizikas nodaļas vadošā eksperte un Ķīmiskās fizikas institūta vadošā pētniece Gunta Kunakova. Kriogēniskā iekārta tiek uzstādīta Latvijas Kvantu iniciatīvas ietvaros.
Nobela komitejas apkopotajā materiālā tiek īpaši izcelti makroskopiskā tuneļefekta mērījumi, kas joprojām kalpo par zelta standartu nozarē. Pieaugot mikroshēmu tehnoloģiju precizitātei līdz nanometru mērogam, mūsdienas kļūst iespējama mikroskopiskā (atsevišķu elektronu) tuneļefekta vadība. Latvijas Universitātes pētnieki attīstot šos jaunus kvantu elektronikas veidus, izmanto teorijas līdzības starp dažādiem tuneļefekta veidiem un ar šiem datiem ir kalibrējuši modeli, ko lieto modernajos elektronu skaitītājos. Šī tehnoloģija ir radusies, plaukst un attīstās ar būtisku Latvijas Universitātes teorētiķu ieguldījumu, un ar šo ekspertīzi esam pieprasīti Eiropas smalkāko mērījumu laboratorijās. Arī 2025. gada publikācijā, kas ir pamatā LU EZTF Fizikas nodaļas pētnieka p.i. Austra Akmentiņa promocijas darbam, modelis tika pārbaudīts pret šī gada laureātu datiem (5. attēls).
Tuneļefekts ir tieši atbildīgs par retajām, bet neizbēgamajām kļūdām kvantu elektronikā. Mūsdienās esam tik ļoti pieraduši, ka ikdienā lietojamā digitālā elektronika nepieļauj kļūdas, bet tas ir tikai pateicoties tam, ka ir daudzas metodes, kā kļūdas detektēt un koriģēt. Kvantu elektronikas standartosir šī pati problēma - lai arī cik laba būtu ierīce, tā reizēm izlaiž elektronu vai pieliek lieko. 2020. gadā Latvijas Universitātes pētnieki Vjačeslavs Kaščejevs, Andris Ambainis un Mārtiņš Kokainis, kopā ar Vācijas Nacionālā metroloģijas institūta (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) pētniekiem Nīlu Ubelodu (Niels Ubbelohde) un Dāvidu Reifertu (David Reifert) publicēja pētījumu. Pētījumā izmantotas atziņas, ko Džona Martinisa komanda ieguva 2019. gada Kvantu pārākumu eksperimentā. Šīs idejas tika adaptētas un realizētas kļūdu uzskaitei precīzajos etalonos. Tas bija ļoti nozīmīgs fundamentālo un lietišķo pētījumu projekta rezultāts - izdevās pierādīt, ka abstraktais kļūdu modelis praksē strādā, un tagad tā metode jau tiek praktiski izmantota.
Šī gada Nobela prēmijas laureātu sasniegums ir spilgts piemērs tam, kā fundamentāli atklājumi paver vēl nebijušas iespējas tehnoloģijām, bet tiem, kas veic fundamentālos atklājumus, rūp atbildēt uz svarīgiem jautājumiem, uz kuriem vēl nav atbilžu. Šajā gadījumā tas bija jautājums par to, cik tālu kvantu mehānikas likumi ir pielietojami. Viņi eksperimentāli pierādīja to, ka kvantu mehānika nav tikai mazo lietu teorija, pierādīja, ka tā ir visaptveroša un realizējama elektriskajās ķēdēs. Tas pavēra durvis plašam spektram kvantu tehnoloģiju, un tas nav tikai attiecībā uz lielo mērķi - kvantu skaitļotāju. Tā izolētā strāvas cilpa var kalpot arī kā ārkārtīgi jutīga kompasa adata vai kā ļoti jutīgs mērinstruments. Šādi fundamentālā pētniecība paver iespējas iepriekš neparedzētajiem tehnoloģiskajiem pielietojumiem. Tagad, arī pētot un meklējot citus kvantu efektus, ir pavērušās jaunas iespējas, un ir zināms kā mērķtiecīgāk darboties tālāk.
