В октябре 2025 года научный мир всколыхнула новость об очередных лауреатах Нобелевской премии по физике. В центре внимания оказался Джон Мартинис, чей путь от дипломной работы 1985 года до мирового признания занял четыре десятилетия и привел к созданию технологий, которые сегодня лежат в основе квантовой гонки вооружений между техгигантами.
В этом выпуске StarTalk ведущий Нил Деграсс Тайсон и его соведущий Чак Найт обсуждают с Джоном Мартинисом не только прошлое — открытие макроскопического квантового туннелирования, но и будущее: от взлома любого шифрования до возникновения сознания внутри машин.
🏆 Нобелевская премия 2025: Квантовая революция в электрических цепях 3:05
В 2025 году Нобелевская премия по физике была присуждена Джону Мартинису, Мишелю Деворе и Джону Кларку . Награда была вручена за «открытие макроскопического квантового туннелирования и квантования энергии в электрических цепях» .
По словам Джона Мартиниса, суть открытия заключается в том, что электрические цепи — объекты, которые можно увидеть невооруженным глазом и чьи размеры сопоставимы с монетой в 10 центов, — могут подчиняться законам квантовой механики, подобно атомам или молекулам . До этого считалось, что квантовые эффекты проявляются только на микроскопическом уровне.
Джон Мартинис выделяет следующие ключевые аспекты работы:
- Новая периодическая таблица: Ученый утверждает, что теперь физики распоряжаются расширенным набором инструментов: вместо атомов водорода или углерода они используют индукторы, конденсаторы и джозефсоновские переходы для создания «искусственных атомов» .
- Масштабируемость: Открытие позволило использовать существующие технологии производства микросхем для создания квантовых систем .
- Фактор времени: Работа, за которую дали премию, была опубликована еще в 1985 году как часть диссертации Мартиниса . Нобелевскому комитету потребовалось 40 лет, чтобы оценить важность открытия, когда на его основе выросла целая индустрия квантовых вычислений .
🌀 Феномен макроскопического туннелирования 8:37
Одним из центральных понятий исследования является квантовое туннелирование. Чак Найт описывает его как процесс, при котором частица преодолевает энергетический барьер, даже если у нее недостаточно энергии, чтобы «перепрыгнуть» через него классическим способом .
Джон Мартинис уточняет механизмы этого процесса в электрических цепях:
- Конденсация электронов: В сверхпроводящем состоянии электроны объединяются в так называемые куперовские пары, которые действуют как единое целое, обладая общей фазой .
- Энергетический барьер: Переход из состояния нулевого напряжения (сверхпроводимость) в состояние с напряжением (обычная проводимость) связан с преодолением потенциального барьера, математически описываемого уравнениями Джозефсона .
- Скорость и время: Мартинис опровергает популярное мнение о том, что туннелирование происходит мгновенно. Ссылаясь на свои исследования 1987-88 годов, он утверждает, что существует «время прохождения туннеля» (tunneling traversal time) . Задержка сопоставима со скоростью света на расстоянии между джозефсоновским переходом и ближайшим резистором .
💻 Квантовые компьютеры: От 53 кубитов к «божественным» вычислениям 27:17
Джон Мартинис, ранее возглавлявший команду квантовых разработок в Google, объяснил фундаментальное отличие кубита от классического бита. Если обычный бит — это строго 0 или 1, то кубит в состоянии суперпозиции является и тем, и другим одновременно .
Масштабы поражают своей экспоненциальностью:
- 53 кубита: Процессор Google (Sycamore), созданный под руководством Мартиниса в 2019 году, оперирует $10^{16}$ состояниями параллельно .
- 100 кубитов: Количество параллельных состояний превышает число атомов во Вселенной .
- Google Willow: Новый чип от Google способен выполнять вычисления, на которые у традиционного суперкомпьютера ушло бы $10^{25}$ лет . Для сравнения: возраст нашей Вселенной составляет всего порядка $10^{10}$ лет .
Мартинис отмечает, что хотя такие мощности кажутся «божественными», природа накладывает ограничения . Квантовые параллельные вычисления требуют создания специфических алгоритмов, иначе результат будет невозможно извлечь.
🔐 Конец эпохи RSA и квантовая безопасность 31:31
Чак Найт высказал опасение, что квантовые компьютеры превратят современное шифрование в «детскую забаву», сделав любой пароль в мире уязвимым . Мартинис подтвердил, что алгоритм Питера Шора, предложенный еще в 90-х, теоретически позволяет взламывать криптографический стандарт RSA .
Однако ученый призывает к спокойствию:
- У любой криптосистемы есть срок жизни. RSA подходит к концу своего цикла .
- Агентство NIST (США) уже активно анализирует и внедряет «квантово-безопасные» (quantum-safe) алгоритмы .
- Главная сложность заключается в написании софта и математическом доказательстве его надежности, а не только в постройке «железа» .
🧠 Будущее: ИИ, сознание и симуляция Вселенной 43:01
Обсуждая интеграцию квантовых вычислений с искусственным интеллектом, Мартинис предположил, что в ближайшие 5–10 лет запросы со смартфонов будут обрабатываться квантовыми сопроцессорами в дата-центрах .
Относительно возникновения самосознания (эмерджентного сознания) у машин, гость высказался осторожно. По его мнению, если сознание в человеческом мозге возникает из сложности нейронных связей, то теоретически это возможно и в квантовом компьютере, хотя сам он предпочитает фокусироваться на практических инженерных задачах .
В финале беседы была затронута «теория симуляции». Джон Мартинис заключил: если наша Вселенная является компьютерной моделью, созданной высшей цивилизацией, то компьютер, на котором она запущена, обязан быть квантовым, чтобы справляться с подобным уровнем сложности .
