Nagrodę za odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowego i kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym otrzymali John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis. Komentarz przy tej okazji przygotował prof. Józef Spałek z Instytutu Fizyki Teoretycznej UJ.

Były to przede wszystkim dwie prace opublikowane w Phys. Rev. Letters w 1985 r., przeprowadzone na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. To zjawisko jest podstawowym efektem kwantowym wykorzystywanym w obecnych procesorach elektronicznych. Profesor John Clarke był promotorem pracy doktorskiej Johna Martinisa, zakończonej w tym samym roku. Należy nadmienić, że inspirowali się ideami teoretycznymi Anthony’ego Leggetta, opublikowanymi wcześniej (m.in. w 1978 r.).

Jest to trzecia nagroda przyznana bezpośrednio za zjawisko tunelowania kwantowego. Poprzednia dotyczyła tunelowania m.in. w nadprzewodnikach i została przyznana w 1973 r. także trzem fizykom: Leo Esakiemu, Ivarowi Giaeverowi oraz Brianowi D. Josephsonowi.

Ten ostatni przewidział dwa efekty w złączach nadprzewodzących w bardzo krótkiej, pięknej pracy, którą opublikował w 1962 r., jeszcze jako doktorant w Cambridge, a jej promotorem był inny znakomity fizyk – Philip Anderson, także noblista, który przyczynił się też do eksperymentalnego potwierdzenia przewidywań Josephsona.

Istota zjawiska tunelowania kwantowego polega na możliwości przenikania mikrocząstek, takich jak elektrony czy ich pary (w nadprzewodnikach), przez bariery energetyczne mimo tego, że cząstki te posiadają z reguły energię dużo niższą w porównaniu z wysokością energetyczną tej bariery.

Takie przenikanie jest niemożliwe w ramach opisu klasycznego i związane jest dodatkowo z pojawieniem się szeregu zjawisk kwantowych, które dopiero ujawniają osobliwości świata kwantowego – takie jak generacja nowych stanów kwantowych czy też specyficznych cech przy transporcie związanych z nim cząstek naładowanych (transport elektryczny przez złącza, które klasycznie stanowiłyby zapory).

Ściśle mówiąc, Nagroda Nobla za konstrukcję tranzystora (John Bardeen, Walter Brattain i William Shockley) to również w części nagroda za zjawiska transportowe poprzez złącza w półprzewodnikach –  i to według mnie ta trzecia nagroda. Widać, że Komitet Noblowski lubi tę tematykę, bo jest to fundamentalna wizualizacja fizyki kwantowej w skali makro, czyli w naszym świecie (aczkolwiek w subtelnej postaci).

Z tym zjawiskiem związane są dwa zasadnicze pytania. Pierwsze: przy jakim rozmiarze układu fizycznego przechodzimy od świata mikro do makro? Tego nie wiemy. Inny świeży noblista – prof. Anton Zeilinger  ze współpracownikami – przetunelował kwantowo fuleren (C₆₀), a nawet lekkiego wirusa (ponad 1000 mas atomu wodoru). Czy da się przetunelować większe molekuły? That is the question.

Zjawisko tunelowania kwantowego jest też związane z tzw. paradoksem kota kwantowego Schrödingera, który może być jednocześnie żywy i martwy. Czy da się to zjawisko zinterpretować w języku naszych pojęć, z naszego świata? Prawdopodobnie nie – ale to też jest takie samo pytanie.