میشل دوورِت: از پاریس تا نوبل، معمار آینده کوانتومی

مجموعه: زندگینامه شعرا و دانشمندان

میشل اچ. دوورِت

اتم‌های مصنوعی و نوبل؛ میراث میشل دوورِت در علم کوانتوم

میشل اچ. دوورِت

نیوهیون، کانکتیکت / استکهلم، ۱۵ نوامبر ۲۰۲۵ – در یک رویداد تاریخی که مرزهای علم کوانتومی را جابه‌جا کرد، میشل اچ. دوورِت (Michel H. Devoret)، استاد برجسته فیزیک کاربردی دانشگاه ییل، به همراه دو همکار برجسته‌اش، جان کلارک (John Clarke) از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، و جان ام. مارتینیس (John M. Martinis) از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵ را دریافت کردند. این جایزه برای «کشف تونل‌زنی مکانیکی کوانتومی ماکروسکوپیک و کوانتیزه شدن انرژی در یک مدار الکتریکی» اهدا شد. این دستاورد نه تنها تأییدی بر پتانسیل عظیم فیزیک کوانتومی در مقیاس‌های بزرگ است، بلکه پایه‌گذار فناوری‌های آینده مانند رایانه‌های کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی و حسگرهای فوق‌حساس به شمار می‌رود.

جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵

اعلام برنده جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵

هر ساله، آکادمی سلطنتی علوم سوئد در ماه اکتبر برندگان جایزه نوبل فیزیک را اعلام می‌کند. در ۷ اکتبر ۲۰۲۵، این آکادمی با هیجان اعلام کرد که جایزه نوبل فیزیک به سه دانشمند برای کارهای پیشگامانه‌شان در زمینه اثبات پدیده‌های کوانتومی در سیستم‌های ماکروسکوپیک (یعنی در مقیاس‌های قابل مشاهده با چشم غیرمسلح) اهدا می‌شود. میشل دوورِت، متولد ۱۹۵۳ در پاریس فرانسه، که در زمان اعطای جایزه به عنوان استاد دانشگاه ییل در نیوهیون، کانکتیکت، و همچنین دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، فعالیت می‌کرد، یک سوم این جایزه را به طور مساوی با همکارانش تقسیم کرد.

جان کلارک، استاد دانشگاه برکلی، و جان مارتینیس، که اکنون در شرکت Qolab لس‌آنجلس نیز فعالیت دارد، شرکای دوورِت در این کشف بودند. آزمایش‌های کلیدی آن‌ها در سال‌های ۱۹۸۴ و ۱۹۸۵ انجام شد و شامل مدارهای الکتریکی ساخته‌شده از ابررساناها با اتصال جوزفسون (Josephson junction) بود. این اتصال، که در دهه ۱۹۶۰ کشف شده بود، به دانشمندان اجازه داد تا پدیده تونل‌زنی کوانتومی – جایی که سیستم از حالت بدون ولتاژ به حالت با ولتاژ می‌پرد بدون عبور از موانع کلاسیک – را مشاهده کنند. علاوه بر این، آن‌ها نشان دادند که سطوح انرژی در این مدارها کوانتیزه (یعنی گسسته) هستند، که این امر تأییدی بر حاکمیت مکانیک کوانتومی بر سیستم‌های ماکروسکوپیک است.

این کشف، که در مقیاسی به اندازه یک دست قابل حمل رخ داد، اثبات کرد که ذرات باردار در مدار می‌توانند مانند یک ذره واحد عمل کنند و اثرات کوانتومی را حفظ نمایند. آکادمی نوبل این کار را «نمایش کوانتوم فیزیک در سیستم‌های ماکروسکوپیک» توصیف کرد و تأکید کرد که این کشف درهای جدیدی به سوی فناوری‌های کوانتومی نسل بعدی باز می‌کند، از جمله رایانه‌های کوانتومی که می‌توانند مسائل پیچیده‌ای مانند شبیه‌سازی مولکول‌ها برای کشف داروهای جدید را حل کنند.

زندگی‌نامه میشل اچ. دوورِت: از پاریس تا ییل

میشل اچ. دوورِت در ۲۷ مه ۱۹۵۳ در پاریس، فرانسه، به دنیا آمد. او از کودکی به علم علاقه‌مند بود و تحصیلات خود را در رشته فیزیک در دانشگاه‌های فرانسه پیگیری کرد. در سال ۱۹۸۲، دکترای خود را از دانشگاه پاریس-سود دریافت کرد. پس از دکترا، دوورِت به عنوان پژوهشگر در کمیسیون انرژی اتمی فرانسه (CEA) مشغول به کار شد، جایی که تحقیقات اولیه‌اش بر ابررساناها و اثرات کوانتومی متمرکز بود.

در دهه ۱۹۸۰، دوورِت با جان کلارک و جان مارتینیس همکاری کرد و آزمایش‌های انقلابی‌شان را انجام داد. پس از بازگشت به فرانسه، او به عنوان مدیر گروه نانوفوتونیک در CEA فعالیت کرد، اما در سال ۱۹۹۹، برای یک سال سبتاتیک به دانشگاه ییل دعوت شد. این بازدید کوتاه به یک همکاری طولانی‌مدت تبدیل شد و در سال ۲۰۰۲، دوورِت به عنوان استاد برجسته فردریک دبلیو. باینکه (Frederick W. Beinecke Professor of Applied Physics) در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی ییل، و انتصاب ثانویه در دپارتمان فیزیک دانشکده هنر و علوم ییل، پیوست.

در ییل، دوورِت یکی از بنیان‌گذاران مؤسسه کوانتومی ییل (Yale Quantum Institute) بود. او تا اواسط ۲۰۲۴ به عنوان استاد تمام‌وقت فعالیت کرد و سپس به عنوان استاد بازنشسته و پژوهشگر در دپارتمان فیزیک کاربردی مهندسی ییل ادامه داد. تحقیقات او در ییل بر الکترودینامیک کوانتومی مدار (circuit quantum electrodynamics یا circuit QED) تمرکز داشت – رویکردی نوین برای رایانش کوانتومی که از ذرات نور مایکروویو در یک رزوناتور مایکروویو ابررسانا استفاده می‌کند.

دوورِت با همکاران ییل مانند رابرت شولکوپف (Robert Schoelkopf) و استیون گیروین (Steven Girvin)، دستاوردهای چشمگیری داشت. در سال ۲۰۰۷ (هرچند برخی منابع به ۲۰۰۲ اشاره دارند)، آن‌ها کیوبیت ترانسمون (transmon qubit) را طراحی کردند – نوعی کیوبیت که حساسیت کمتری به نویز شارژ دارد و امروزه توسط پژوهشگران کوانتومی سراسر جهان استفاده می‌شود. دیگر نوآوری‌ها شامل ساخت اولین پردازنده کوانتومی حالت‌جامد ابتدایی، کشف نوع جدیدی از «اصطکاک کوانتومی» برای ذخیره‌سازی بهتر حافظه کوانتومی، دستیابی به نقطه «تعادل» در حفظ کیوبیت (یعنی عمر کیوبیت بیشتر از اجزای آن)، توسعه سیستمی برای پیش‌بینی «پرش‌های» داده کوانتومی، و ساخت دستگاهی که مفهوم گربه شرودینگر (superposition) را با قابلیت تصحیح خطاهای محاسباتی کوانتومی ترکیب می‌کند.

دوورِت همچنین به عنوان مشاور گوگل در زمینه کوانتوم فعالیت داشته و نقش کلیدی در پیشرفت‌های صنعتی این حوزه ایفا کرده است. او جوایز متعددی دریافت کرده، از جمله مدال انیشتین در فیزیک (۲۰۱۴) و جایزه دیل (Dill Award) از انجمن فیزیک کاربردی آمریکا.

تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپیک

کشف انقلابی: تونل‌زنی کوانتومی در مقیاس ماکرو

کشف دوورِت و همکارانش ریشه در چالش‌های فیزیک کوانتومی دهه ۱۹۸۰ دارد. تا آن زمان، اثرات کوانتومی – مانند تونل‌زنی (جایی که ذرات از موانع نفوذناپذیر عبور می‌کنند) و سطوح انرژی گسسته – تنها در مقیاس‌های اتمی و زیراتمی مشاهده می‌شدند. اما دوورِت، کلارک و مارتینیس با استفاده از مدارهای ابررسانا، نشان دادند که این پدیده‌ها می‌توانند در سیستم‌های بزرگ‌تر، مانند مدارهای الکتریکی، رخ دهند.

در آزمایش‌هایشان، آن‌ها یک مدار را به حالت بدون ولتاژ (supercurrent) رساندند و سپس با تابش مایکروویو، تونل‌زنی کوانتومی را تحریک کردند. نتیجه؟ سیستم ناگهان به حالت با ولتاژ پرید، که این پرش توسط ظاهر شدن ولتاژ قابل اندازه‌گیری تشخیص داده شد. علاوه بر این، طیف انرژی مدار سطوح کوانتیزه‌شده را نشان داد، که این امر مدار را به یک «اتم مصنوعی» تبدیل کرد.

این کار «زمینه‌ساز ساخت اتم‌های مصنوعی» شد و مستقیماً به توسعه کیوبیت‌های ابررسانا منجر گردید – بلوک‌های ساختمانی رایانه‌های کوانتومی مدرن. بدون این کشف، پیشرفت‌های اخیر شرکت‌هایی مانند IBM، گوگل و Rigetti در ساخت رایانه‌های کوانتومی ۱۰۰ کیوبیتی ممکن نبود.

اهمیت و تأثیر بر فناوری کوانتومی

اهمیت این جایزه فراتر از فیزیک نظری است. مکانیک کوانتومی پایه فناوری‌های روزمره مانند ترانزیستورها در چیپ‌های کامپیوتری است، اما کشف دوورِت اثرات کوانتومی را به مقیاس ماکرو برد و امکان کنترل آن‌ها را فراهم کرد. این امر می‌تواند به:

رایانه‌های کوانتومی: حل مسائل غیرقابل محاسبه با رایانه‌های کلاسیک، مانند بهینه‌سازی لجستیک یا کشف مواد جدید.

رمزنگاری کوانتومی: سیستم‌های امنیتی غیرقابل هک.

حسگرهای کوانتومی: اندازه‌گیری‌های دقیق برای پزشکی، ناوبری و اکتشافات فضایی.

گشوده شود. آکادمی نوبل تأکید کرد که این کار «فرصت‌هایی برای توسعه فناوری کوانتومی نسل بعدی» ایجاد می‌کند، که می‌تواند زندگی هر فرد روی سیاره را تحت تأثیر قرار دهد.

در ییل، تحقیقات دوورِت به عنوان «انقلاب در مکانیک کوانتومی» توصیف شده و او را به عنوان «پیشگام فناوری‌ای که ممکن است زندگی هر عضوی از سیاره را تحت تأثیر قرار دهد» ستوده‌اند.

واکنش‌ها و جشن‌ها در ییل و جهان

اعلام برنده شدن دوورِت موجی از شادی در دانشگاه ییل ایجاد کرد. موری مک‌اینیس (Maurie McInnis)، رئیس دانشگاه، گفت: «ییل با افتخار یک پیشگام را تشویق می‌کند که فناوری‌ای چنان مهم و گسترده را رهبری کرده است. کارهای پروفسور دوورِت، و کارهای مداوم او در دو دهه با همکاران ییل و دیگران، انقلابی در مکانیک کوانتومی راه‌اندازی کرد.»

اسکات استروبل (Scott Strobel)، معاون دانشگاه، افزود: «من از این شناخت هیجان‌زده‌ام. کشفیات پیشگامانه میشل میراثی ماندگار در زمینه کوانتوم و فراتر از آن خواهد گذاشت. ییل افتخار می‌کند که عضوی از جامعه‌اش را جشن می‌گیرد که زندگی‌اش را به جستجو، گسترش و اشتراک دانش اختصاص داده است.»

جفری بروک (Jeffrey Brock)، رئیس دانشکده مهندسی ییل، دوورِت را به عنوان کسی توصیف کرد که «با ایده تبدیل ییل به چراغی برای علم پشت اطلاعات کوانتومی پیوست، جایی که جامعه پژوهشی می‌تواند منابع مورد نیاز خود را برای توسعه این زمینه پیدا کند.»

استیون گیروین، همکار دوورِت، گفت: «کار میشل با جان کلارک و جان مارتینیس برای اولین بار نشان داد که مدارهای الکتریکی به اندازه‌ای که با چشم دیده می‌شوند، می‌توانند به صورت کوانتومی رفتار کنند. این کار زمینه‌ساز ساخت اتم‌های مصنوعی شد و در نهایت به کارهای کوانتومی که امروز می‌بینیم، منجر گردید.»

خود دوورِت، با فروتنی همیشگی‌اش، گفت: «شما بهترین کاری که می‌توانید انجام دهید. نتایج آن کار باید درست، نو و معنادار باشد.»

در فرانسه، Campus France این دستاورد را «افتخاری برای علم فرانسه» نامید و تأکید کرد که دوورِت «اثر ماکروسکوپیک کوانتومی» را به اثبات رساند. همچنین، دانشگاه کورنل، جایی که دوورِت به عنوان استاد خارج از دانشگاه فعالیت دارد، او را «پروفسور خارج از دانشگاه» ستود.

میراث ماندگار: آینده کوانتومی

جایزه نوبل ۲۰۲۵ به میشل دوورِت نه تنها قدردانی از گذشته است، بلکه نگاهی به آینده. در حالی که او اکنون بازنشسته است، تحقیقاتش همچنان الهام‌بخش نسل جدیدی از دانشمندان است. با توجه به سرعت پیشرفت کوانتومی – از کیوبیت‌های ۱۰۰۰تایی تا کاربردهای عملی – میراث دوورِت به زودی به واقعیت‌های روزمره تبدیل خواهد شد.

این جایزه یادآوری می‌کند که علم، با کنجکاوی و همکاری، می‌تواند مرزهای غیرممکن را جابه‌جا کند. میشل دوورِت، از آزمایشگاه‌های پاریس تا سالن‌های ییل، نماد این روحیه است. جهان کوانتومی که او ساخت، اکنون منتظر ماست.

گرد آوری:بخش علمی بیتوته