Nobelprijs natuurkunde 2025

[wnvl1]

Vorig jaar was het voor AI. Niet onlogisch lijkt mij dat het nu naar kwantum computers gaat. Ik vermoed dat er de volgende jaren nog wel zullen volgen voor kwantum computers.

De drie laureaten toonden aan dat macroscopische objecten, zoals elektrische circuits die uit miljarden elektronen bestaan, zich ook volgens de wetten van de kwantummechanica kunnen gedragen. Dit geldt onder de voorwaarde dat de circuits op een supergeleidende temperatuur worden gebracht, waardoor ze geen elektrische weerstand vertonen.

Het kernpunt van hun werk ligt in het gebruik van Josephson-juncties. Een Josephson-junctie bestaat uit twee supergeleiders die van elkaar zijn gescheiden door een uiterst dunne isolerende laag. Door kwantumtunneling kunnen elektronenparen door deze laag bewegen, waardoor het systeem zich gedraagt als een kwantummechanische oscillator.

Clarke, Devoret en Martinis ontdekten dat in dergelijke circuits de energie niet continu kan variëren, maar slechts bepaalde discrete waarden kan aannemen; dit verschijnsel staat bekend als energiekwantering. Bovendien kan het hele systeem een kwantumtoestand aannemen die coherent blijft over meetbare tijdschalen, wat betekent dat het niet onmiddellijk instort naar klassiek gedrag. Daarnaast kan er macroscopische kwantumtunneling optreden: de fase van de supergeleidende stroom kan spontaan over een energiedrempel tunnelen, vergelijkbaar met hoe een elektron atomaire barrières kan passeren.

Deze ontdekkingen vormden het eerste overtuigende bewijs dat kwantumverschijnselen zich kunnen voordoen in elektrische circuits die uit duizenden miljarden atomen bestaan.

[HansH]

Deze ontdekkingen vormden het eerste overtuigende bewijs dat kwantumverschijnselen zich kunnen voordoen in elektrische circuits die uit duizenden miljarden atomen bestaan.

[/quote]

en een tunneldiode dan? die bestond al in 1957, dus dat was dan toch ook al een overtuigend bewijs al 3/4 eeuw geleden.
'A tunnel diode or Esaki diode is a type of semiconductor diode that has effectively "negative resistance" due to the quantum mechanical effect called tunneling. It was invented in August 1957 by Leo Esaki and Yuriko Kurose when working at Tokyo Tsushin Kogyo, now known as Sony.'

[HansH]

en wat dacht je van shottky diodes; die bestaan ook al heel lang.
'Schottky diode tunneling refers to a mechanism of current flow in a Schottky diode where electrons pass through the metal-semiconductor barrier via quantum mechanical tunneling'

[wnvl1]

Een tunneldiode heeft een zeer dunne p–n-overgang en is aan beide kanten sterk gedopeerd. Daardoor wordt de barrière tussen de p- en n-zijde zo smal dat individuele elektronen kunnen tunnelen door de junctie in plaats van eroverheen te moeten springen.

Bij een Schottky-diode is er sprake van een metaal–halfgeleiderovergang. Aan deze overgang ontstaat een Schottky-barrière, die bepaalt hoe gemakkelijk elektronen van de halfgeleider naar het metaal kunnen bewegen. Wanneer deze barrière smal genoeg is, kunnen ook hier individuele elektronen door de barrière tunnelen.

Bij macroscopische tunneling daarentegen is het getunnelde object niet één enkel deeltje, maar een collectieve kwantumtoestand die zich gedraagt als één geheel op macroscopische schaal.

[HansH]

Een tunneldiode heeft een zeer dunne p–n-overgang en is aan beide kanten sterk gedopeerd. Daardoor wordt de barrière tussen de p- en n-zijde zo smal dat individuele elektronen kunnen tunnelen door de junctie in plaats van eroverheen te moeten springen.

Bij een Schottky-diode is er sprake van een metaal–halfgeleiderovergang. Aan deze overgang ontstaat een Schottky-barrière, die bepaalt hoe gemakkelijk elektronen van de halfgeleider naar het metaal kunnen bewegen. Wanneer deze barrière smal genoeg is, kunnen ook hier individuele elektronen door de barrière tunnelen.

Bij macroscopische tunneling daarentegen is het getunnelde object niet één enkel deeltje, maar een collectieve kwantumtoestand die zich gedraagt als één geheel op macroscopische schaal.

Hoe het werkt hoef je niet uit te leggen. punt is je statement van AI: 'Deze ontdekkingen vormden het eerste overtuigende bewijs dat kwantumverschijnselen zich kunnen voordoen in elektrische circuits die uit duizenden miljarden atomen bestaan.'

dat klopt gewoon niet. het eerste overtuigende bewijs is al bijna een eeuw oud.

[wnvl1]

De reactie komt van mezelf. Ik laat mijn reacties dikwijls wel herschrijven door AI. Ik vind het leuk om te zien hoe je dingen beter formuleert.
Ik vermoedde wel dat jij wist wat het tunneleffect is in de aangehaalde componenten, het is ter verduidelijking voor andere lezers die misschien geen electronica hebben gestudeerd.
Ik denk wel dat je niet helemaal doorhebt wat het verschil is tussen microscopische en makroscopische tunnelling.
Hossenfelder heeft er een video over gemaakt. Misschien helpt dat.

[flappelap]

Een tunneldiode heeft een zeer dunne p–n-overgang en is aan beide kanten sterk gedopeerd. Daardoor wordt de barrière tussen de p- en n-zijde zo smal dat individuele elektronen kunnen tunnelen door de junctie in plaats van eroverheen te moeten springen.

Bij een Schottky-diode is er sprake van een metaal–halfgeleiderovergang. Aan deze overgang ontstaat een Schottky-barrière, die bepaalt hoe gemakkelijk elektronen van de halfgeleider naar het metaal kunnen bewegen. Wanneer deze barrière smal genoeg is, kunnen ook hier individuele elektronen door de barrière tunnelen.

Bij macroscopische tunneling daarentegen is het getunnelde object niet één enkel deeltje, maar een collectieve kwantumtoestand die zich gedraagt als één geheel op macroscopische schaal.

Hoe het werkt hoef je niet uit te leggen. punt is je statement van AI: 'Deze ontdekkingen vormden het eerste overtuigende bewijs dat kwantumverschijnselen zich kunnen voordoen in elektrische circuits die uit duizenden miljarden atomen bestaan.'

dat klopt gewoon niet. het eerste overtuigende bewijs is al bijna een eeuw oud.

Ik denk dat die formulering inderdaad wat verwarrend is; het gaat erom dat de stroom (in dit geval bestaande uit Cooperparen) uit miljoenen elektronen bestaan die allemaal in 1 coherente toestand zitten, en dus 'macroscopisch' is. Bij de oorspronkelijke Josephson-junctie ging het volgens mij om enkele deeltjes die tunnelen.

[wnvl1]

Als ik de geschiedenis lees van de Josephson junctie lijkt mij dat toch gerelateerd te zijn aan supergeleiding. Josephson heeft er zelf in 1973 al een Nobelprijs voor gehad. Ik vind niet direct iets terug dat niet gerelateerd is aan supergeleiding.

De voornaamste publicatie van de winnaars van dit jaar is
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.110 ... tt.55.1908
Dat artikel is echter niet zomaar leesbaar als je niet in het domein zit.

Wat nu hun grote verdienste is tov de Nobelprijs van 1973 is mij niet duidelijk. Supergeleiding is als ik het juist begrijp altijd macroscopisch. Er zitten altijd veel cooper paren in dezelfde kwantumtoestand.

Hier nog een artikeltje uit Scientific America uit 1997 dat het op een eenvoudige manier uitlegt
https://www.scientificamerican.com/arti ... on-juncti/

[wnvl1]

Hier is het heel goed uitgelegd. Dit maakt het duidelijk.

[HansH]

Ik denk dat die formulering inderdaad wat verwarrend is; het gaat erom dat de stroom (in dit geval bestaande uit Cooperparen) uit miljoenen elektronen bestaan die allemaal in 1 coherente toestand zitten, en dus 'macroscopisch' is. Bij de oorspronkelijke Josephson-junctie ging het volgens mij om enkele deeltjes die tunnelen.

AI sticht hier dus een klungelige verwarring:

'Deze ontdekkingen vormden het eerste overtuigende bewijs dat kwantumverschijnselen zich kunnen voordoen in elektrische circuits die uit duizenden miljarden atomen bestaan.'

had dus beter kunnen zijn;

'Deze ontdekkingen vormden het eerste overtuigende bewijs dat kwantumverschijnselen zich synchroon voor duizenden miljarden atomen tegelijk kunnen voordoen in elektrische circuits '

[wnvl1]

Ik heb chat eens gevraagd om het nog eens te herschrijven. Deze keer doet ze dat heel goed.

De ontdekking van het Josephson-effect en later van supergeleidende qubits vormde het eerste overtuigende bewijs dat kwantumverschijnselen zich collectief kunnen voordoen in macroscopische systemen.
In een supergeleider bewegen namelijk miljoenen elektronen als zogeheten Cooperparen in één gezamenlijke, coherente kwantumtoestand.
Dat betekent dat hun gedrag niet meer afzonderlijk beschreven kan worden, maar alleen als één geheel — een soort “kwantumorkest” waarin alle deeltjes exact in fase met elkaar spelen.

Waar bij de oorspronkelijke Josephson-junctie nog sprake was van het tunnelen van slechts enkele deeltjes, liet dit verschijnsel zien dat een elektrisch circuit dat uit duizenden miljarden atomen bestaat zich als één enkel kwantumobject kan gedragen.
Dat inzicht was revolutionair, omdat het aantoonde dat kwantummechanica niet beperkt blijft tot de wereld van individuele deeltjes, maar zich ook uitstrekt tot meetbare, macroscopische objecten.