Esther TobschallDec 8

Ein Quanten-Preis zum Quantenjahr

Im letzten Jahr hat die Entscheidung des Preiskomitees, den Physik-Nobelpreis 2024 an John J. Hopfield und Geoffrey E. Hinton für ihre wegweisenden Entdeckungen und Entwicklungen, die maschinelles Lernen mit künstlichen neuronalen Netzen ermöglichen, zu verleihen, die Bandbreite der Physik und ihrer interdisziplinären Bedeutung für Fortschritt und Gesellschaft verdeutlicht: Physik ist mehr.

In diesem Jahr scheint das Komitee zu den Wurzeln der Physik zurückzukehren, ohne dabei die Zukunft aus den Augen zu verlieren: Am 10. Dezember 2025 wird John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis der Nobelpreis für Physik 2025 „for the discovery of macroscopic quantum mechanical tunnelling and energy quantisation in an electric circuit“ verliehen werden, also letztlich für die sehr konkrete Erforschung und Anwendung physikalischer Grundkonzepte, die dann auch zur Entstehung der Quantentechnologie als neues Fachgebiet beigetragen haben. Selten habe ich beim Lesen des wissenschaftlichen Hintergrunds zum Preis so viel verstanden wie in diesem Jahr. Selten ist so deutlich geworden, wie diese Grundlagen und Konzepte in die Arbeit der Preisträger eingeflossen sind, in Teilen auch eine Reise durch die Geschichte des Nobelpreises und seiner Träger (und viel zu wenigen Trägerinnen).

Die Physik-Nobelpreisträger 2025: John Clarke, Michel Devoret und John Martinis. // Illustration: Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

In ihren Experimenten, die die drei Preisträger gemeinsam an der University of California durchführten und deren Ergebnisse sie unter anderem in

veröffentlichten, zeigten sie, wie Quantentunneln auf makroskopischer Skala in einem elektrischen Schaltkreis mit zwei Josephson-Kontakten messbar wird.

Basis für diese Experimente war das Wissen um

  • den Tunneleffekt als solchen, wie ihn George Gamow 1928 als quantenmechanischen Prozess beim Alpha-Zerfall eines Atomkerns beschrieben hatte,
  • die Erklärung des Phänomens der Supraleiter durch Cooper-Paare in der B(ardeen)C(ooper)S(chrieffer)-Theorie (Nobelpreis für Physik 1972),
  • die Arbeiten von Leo Esaki und Ivar Giaeve zu Tunneleffekten in Halb- und Supraleitern, sowie von Brian David Josephson zur theoretischen Vorhersage des inzwischen nach ihm benannten Josephson-Effektes (Nobelpreis für Physik 1973 und
  • die Beiträge von Alexei A. Abrikosov, Vitaly L. Ginzburg and Anthony J. Leggett zur Theorie der Supraleitung und Suprafluidität (Nobelpreis für Physik 2003).

Insbesondere die theoretischen Arbeiten von Anthony Legget über makroskopisches Quantentunneln in Josephson-Kontakten gaben den Anstoß zu den von Clarke, Devoret und Martinis durchgeführten Experimenten. Last but not least wurde und wird das von den Preisträgern experimentell geschaffene makroskopische Quantensystem gerne mit dem von Erwin Schrödinger (Nobelpreis für Physik 1933) in einem Artikel von 1935 ersonnenen Gedankenexperiment zur Übertragung quantenmechanischer Begriffe auf die makroskopische Welt, Schrödingers Katze, verglichen.

Soweit die geschichtlichen Aspekte des Preises, letztlich haben die Arbeiten der diesjährigen Preisträger aber Tür und Tor für neuere und zukünftige (quantentechnologische) Entwicklungen geöffnet:

  • Künstlichen „Atome“ auf makroskopischer Skala, durch die weitere Quantensysteme simuliert werden konnten und können, was zu einem tieferen Verständnis quantenphysikalischer (mikroskopischer) Effekte führt.
  • Qubits (Quantum Bits) in Supraleiter-Schaltungen sowie die cQED (circuit Quantum Elektrodynamics) als Bauelemente von Quantencomputern.

Fachgebiete, wie z.B. die Quantenoptik, konnten ihr Forschungsspektrum auf Bereiche ausdehnen, die atomphysikalisch nicht zugänglich sind, was sehr schön in der Arbeit des Exzellenzclusters PhoenixD am Beispiel konkreter Demonstratoren zu sehen ist.

Eine eigene Zusammenfassung ihrer Arbeiten geben Clarke, Devoret und Martinis mit einem 2020 erschienenen Artikel in Nature Physics: Quantum Josephson junction circuits and the dawn of artificial atoms.

Wer darüber hinaus weitere Fachliteratur zu den Forschungsthemen des Physik-Nobelpreises 2025 erkunden will, wird selbstverständlich im TIB-Portal fündig, z.B. mit Suchanfragen nach den Schlagworten

Auch die freie Suche nach Qubit Josephson liefert viele interessante Treffer und zeigt mit der hohen Zahl an Patentinformationen die Relevanz dieser Themen für industrielle Anwendungen.

Wie in jedem Jahr teste ich die arXiv-Affinität der Preisträger und bin 2025 erfreut: Sowohl John Clarke als auch Michel H. Devoret und John M. Martinis sind mit einer großen Zahl an Papern auf arXiv vertreten.

Umfangreiche Publikationslisten der drei Autoren lassen sich selbstverständlich in kostenpflichtigen Literaturdatenbanken, wie zum Beispiel Web of Science oder Scopus erfragen, eine „offene“ Variante ist die Nutzung von OpenAlex. Hier sind von John Clarke über 700, von Michel H. Devoret mehr als 500 und von John M. Martinis über 600 Veröffentlichungen nachgewiesen. Dass es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um die richtigen Autoren handelt, lässt sich über die ausgezeichneten Filterfunktionen in OpenAlex feststellen.

Die 2025 Nobel Prize Lectures in Physics können wir am 8. Dezember 2025 ab 9 Uhr live verfolgen.

Für eine funktionierende Wissenschafts- und Publikationskultur

Auf eine weitere wichtige Aktivität der den Nobelpreis für Physik zu verantwortenden Organisation, der Royal Swedish Academy of Sciences, möchte ich an dieser Stelle hinweisen: Im Sommer 2025 hat diese einen Workshop veranstaltet, der sich mit dem zunehmenden Problem von Fake Science in Publikationen befasst hat. Entstanden ist dabei die Stockholm Declaration, die neben einer guten Übersicht bisheriger Deklarationen für Reformen im wissenschaftlichen Publikationswesen kurz und prägnant wesentlichen Punkte zur Sicherstellung einer auch in Zukunft (und in Zeiten Generativer AI) funktionierenden Wissenschafts- und Publikationskultur aufführt. Mögen sie in den Communities Gehör finden!

Wer die Stockholm Declaration unterschreiben möchte, kann das hier tun: https://sciii-it.org/stockholm-declaration/

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