Ułatwienia dostępu

Nadchodzące seminaria w IF PAN

Konwersatorium Stacjonarnie

Nobel Prize in Physics 2025: Schrödinger’s cat gets bigger

28-10-2025 15:15 - 16:15
Miejsce
Institute of Physics PAS, Auditory
Speaker
dr hab. Maciej Zgirski, prof. IP PAS
Affiliation
Institute of Physics PAS, MAGTOP, Warsaw, Poland
Sala
Auditory of the Institute of Physics

Usually effects of quantum tunneling and energy quantization are associated with behavior of single atoms or molecules. Electrons occupy orbitals of definite energy and can change their state in the process of absorbing or emitting well-defined energy quanta – photons. In the Sun, two protons fuse by tunneling over the Coulomb barrier to form deuterium. But can we extend the direct applicability of quantum mechanics to macroscopic objects, i.e. objects visible with a bare eye?

Yes, we can. This year Nobel Prize has been awarded “for the discovery of macroscopic quantum tunneling and energy quantization in an electric circuit”. In their two seminal experiments (Phys.Rev.Lett. 55, 1908 (1985), Phys.Rev.Lett. 55, 1543 (1985)) laureates John Clarke, Michel Devoret and John Martinis showed that these two hallmarks of quantum mechanics can be observed also for macroscopic artificially-defined objects. They studied the escape rate from the superconducting state for current biased Nb-NbOx-PbIn tunnel Josephson junctions embedded in a properly defined electric circuit. The escape rate measured at the lowest temperatures (< 30 mK) appeared significantly larger than that expected from thermal activation, signaling appearance of a new escape mechanism. The laureates identified this mechanism as Macroscopic Quantum Tunneling (MQT) i.e. the process in which a collective state of many Cooper pairs switches between two macroscopic wavefunctions, although the two configurations are separated by a barrier which forbids the classical transition. Unlike familiar tunneling observed in real space, such MQT happens in a space of the superconducting phase and involves its abrupt change leading to the appearance of a non-zero voltage measured across the junction.

Before the escape happens the electric current and superconducting phase across the junction oscillate around the local energy minimum. It is basically the behavior of a harmonic oscillator. At sufficiently low temperatures the oscillator becomes dominated by quantum effects and the energy of the macroscopic oscillatory current becomes quantized. The higher the energy of the quantum state the easier the escape. The laureates were able to capture this effect by resonantly activating the energy levels with microwaves and measured the enhancement of the escape rate at the expected photon frequencies. The ability to address the junction with microwave photons and force the transitions makes the designed circuit similar to an atom. Since the trapping potential is not ideally parabolic, the oscillator is anharmonic and the spacing between energy levels is not equal.

This pioneering study initiated the field of quantum electronics, in which electric circuits are described fully quantum-mechanically and their components can be treated like artificial atoms. The best known example of such a circuit is a superconducting qubit, one of the current leaders in the race for a quantum computer.


Coffee and tea will be available on the spot.

 
 

Lista terminów (Strona szczegółów wydarzenia)

  • 28-10-2025 15:15 - 16:15
Ustawienia plików cookies
Do działania oraz analizy naszej strony używamy plików cookies i podobnych technologii. Pomagają nam także zrozumieć w jaki sposób korzystasz z treści i funkcji witryny. Dzięki temu możemy nadal ulepszać i personalizować korzystanie z naszego serwisu. Zapewniamy, że Twoje dane są u nas bezpieczne. Nie przekazujemy ich firmom trzecim. Potwierdzając tę wiadomość akceptujesz naszą Politykę plików cookies.
Zaznacz wszystkie zgody
Odrzuć wszystko
Przeczytaj więcej
Essential
Te pliki cookie są potrzebne do prawidłowego działania witryny. Nie możesz ich wyłączyć.
Niezbędne pliki cookies
Te pliki cookie są konieczne do prawidłowego działania serwisu dlatego też nie można ich wyłączyć z tego poziomu, korzystanie z tych plików nie wiąże się z przetwarzaniem danych osobowych. W ustawieniach przeglądarki możliwe jest ich wyłączenie co może jednak zakłócić prawidłowe działanie serwisu.
Akceptuję
Analityczne pliki cookies
Te pliki cookie mają na celu w szczególności uzyskanie przez administratora serwisu wiedzy na temat statystyk dotyczących ruchu na stronie i źródła odwiedzin. Zazwyczaj zbieranie tych danych odbywa się anonimowo.
Google Analytics
Akceptuję
Odrzucam
Zapamiętaj ustawienia