專家解讀在宏觀尺度觀測量子隧穿效應諾獎得主的突破性貢獻

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2025-10-07 22:25:28 澎湃新聞

瑞典皇家科學院10月7日宣布，三名科學家因在量子力學領域的貢獻獲2025年諾貝爾物理學獎。獲獎者為約翰·克拉克、米歇爾·H·德沃雷特和約翰·M·馬蒂尼斯，以表彰他們“發(fā)現(xiàn)電路中的宏觀量子力學隧道效應和能量量子化”。

三位科學家通過一系列實驗證明，量子世界的奇特特性可在宏觀系統(tǒng)中具象化。他們設計的超導電路系統(tǒng)能從一種狀態(tài)隧穿到另一種狀態(tài)，仿佛直接穿過一堵墻。他們還證實，該系統(tǒng)會以特定大小的能量“劑量”吸收和釋放能量，與量子力學的預測完全一致。三人將平分1100萬瑞典克朗獎金。

計算機微芯片中的晶體管是我們身邊成熟的量子技術的一個例子。今年的諾貝爾物理學獎為開發(fā)下一代量子技術提供了機遇，包括量子密碼學、量子計算機和量子傳感器。諾貝爾物理學獎委員會主席奧勒·埃里克森表示，能夠慶祝百年量子力學不斷帶來新的驚喜，真是太棒了。量子力學是所有數(shù)字技術的基礎。

上海交通大學李政道研究所助理研究員應江華表示，量子計算被視為未來科技革命的核心領域之一，三位獲獎者的貢獻堪稱超導量子計算領域發(fā)展的重要開端。

1968年，克拉克在英國劍橋大學獲得博士學位后移居美國，并在美國加利福尼亞大學伯克利分校組建了自己的研究團隊，專注于利用超導體和“約瑟夫森結”探索各類物理現(xiàn)象。20世紀80年代中期，德沃雷特在法國巴黎獲得博士學位后，以博士后身份加入克拉克的研究團隊。當時，博士生馬蒂尼斯也在該團隊中。三人共同承擔起“證明宏觀量子隧穿效應”的挑戰(zhàn)。

量子力學描述的是單粒子尺度下的顯著特性。在量子物理中，這種尺寸遠小于光學顯微鏡的觀測極限，這與“宏觀現(xiàn)象”形成鮮明對比。宏觀現(xiàn)象由大量粒子構成，例如日常生活中的一顆球由數(shù)量龐大的分子組成，不會表現(xiàn)出任何量子力學效應。球每次撞向墻面都會反彈回來，但在微觀世界中，單個粒子有時會直接穿過等效的“壁壘”，出現(xiàn)在另一側，這種量子力學現(xiàn)象就被稱為“隧穿效應”。

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