正值量子力学诞生百年之际,瑞典皇家科学院 7 日宣布,将 2025 年诺贝尔物理学奖授予美国学者约翰・克拉克、约翰・马丁尼斯与法国学者米歇尔・H・德沃雷特,以表彰他们在电路中发现宏观量子隧穿效应及能量量子化的突破性贡献。
据悉,耶鲁大学教授德沃雷特与加州大学伯克利分校教授克拉克、马丁尼斯组成的团队,于 1984 至 1985 年间完成了改写量子物理认知的关键实验。他们构建的超导电路芯片仅一厘米见方,通过两层超导体夹绝缘层的 "约瑟夫森结" 结构,让数十亿个 "库珀对" 电子协同运动,形成一个宏观尺度的 "类粒子系统"。
这一系统打破了经典物理常识:本应被困在零电压状态的电子系统,竟能像微观粒子般 "穿墙而过",通过量子隧穿效应逃逸并产生可测量电压。更关键的是,实验证实该系统的能量只能以特定 "量子包" 形式吸收或释放,完美印证了量子化规律在宏观世界的存在。诺贝尔委员会主席奥勒・埃里克松指出,这一发现回答了 "量子效应的最大尺度" 核心问题,将微观量子规律首次延伸至人类可操作的宏观领域。
理论物理学家安东尼・莱格特将该成果与 "薛定谔的猫" 思想实验相提并论,称其首次在实验室中实现了大量粒子的宏观量子叠加态。而在应用层面,这一突破已成为谷歌、IBM 等企业研发量子计算机的核心技术根基,其催生的 "超导量子比特" 正是当前量子计算的主流技术路径。此外,该发现还为超灵敏量子传感器、量子密码学等下一代技术提供了物理基础。
从 1925 年量子力学诞生,到如今宏观量子效应被证实,百年探索让微观世界的奇异规律逐步走进现实应用。正如获奖者马丁尼斯所言:"这不仅是对基础科学的致敬,更是量子技术改变世界的开端。"