北京時(shí)間2025年10月7日17時(shí)45分，2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉，獲獎(jiǎng)?wù)呤羌s翰·克拉克 (John Clarke)、米歇爾·H·德沃雷特 (Michel H. Devoret) 和約翰·M·馬丁尼斯 (John M. Martinis)，以表彰他們“發(fā)現(xiàn)電路中宏觀尺度的量子隧穿效應(yīng)與能量量子化現(xiàn)象” 。

獲獎(jiǎng)成果

量子隧穿是量子力學(xué)中的一種現(xiàn)象，即微觀粒子能夠穿越高于自身能量的勢壘，如同穿墻而過然而一旦涉及大量粒子，這種量子效應(yīng)就會(huì)變得飄渺難尋。但本屆諾獎(jiǎng)得主成功用實(shí)驗(yàn)證明：量子力學(xué)特性在宏觀尺度上也能具體呈現(xiàn)，他們在一個(gè)足以手持尺寸的系統(tǒng)中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了量子隧穿效應(yīng)與能量量子化現(xiàn)象。這種在肉眼可見的尺度上顯現(xiàn)量子行為，在物理學(xué)中意義重大，因?yàn)樗魬?zhàn)了“量子效應(yīng)僅在微觀尺度顯著”的傳統(tǒng)認(rèn)知。

1984至1985年間，三位獲獎(jiǎng)?wù)卟捎贸瑢?dǎo)體（即具有零電阻導(dǎo)電特性的元件）構(gòu)建電子電路，開展了一系列實(shí)驗(yàn)。該電路中，超導(dǎo)元件由薄層絕緣材料分隔，這種結(jié)構(gòu)被稱為約瑟夫森結(jié)（Josephson junction）。通過精確調(diào)控和測量電路的各種參數(shù)，他們得以在通電時(shí)深入探究其中涌現(xiàn)的物理現(xiàn)象。流經(jīng)超導(dǎo)體的帶電粒子共同構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)，其行為恰似遍布整個(gè)電路的單一粒子。

這個(gè)類粒子的宏觀系統(tǒng)初始處于零電壓下電流持續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)。系統(tǒng)受困于此狀態(tài)，猶如被不可逾越的勢壘阻擋。實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)通過隧穿效應(yīng)成功突破零電壓狀態(tài)，從而展現(xiàn)出量子特性。系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變通過電壓信號(hào)的產(chǎn)生被檢測到。

獲獎(jiǎng)?wù)哌€證實(shí)了：該系統(tǒng)的行為完全符合量子力學(xué)預(yù)言，它具有量子化特征，即僅能吸收或發(fā)射特定份量的能量。

本屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的研究成果，為發(fā)展包括量子密碼學(xué)、量子計(jì)算機(jī)與量子傳感器在內(nèi)的下一代量子技術(shù)開辟了廣闊前景。諾貝爾物理學(xué)委員會(huì)主席奧勒·埃里克松表示："百年歷史的量子力學(xué)仍能持續(xù)帶來新突破，確實(shí)值得慶賀。這更具有重大實(shí)用價(jià)值，因?yàn)榱孔恿W(xué)正是所有數(shù)字技術(shù)的基石。"

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2025NobelPrize

JohnClarke

英國物理學(xué)家

John Clarke，英國物理學(xué)家，1942年生于英國，1968年在劍橋大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位，在加州大學(xué)伯克利分校完成博士后研究后，于1969年加入伯克利物理系任教，逐步晉升為正教授，領(lǐng)導(dǎo)超導(dǎo)量子干涉裝置（SQUID）研究組，專注于超導(dǎo)噪聲和量子測量技術(shù)。1980年代起，他擴(kuò)展研究至暗物質(zhì)軸子和量子信息應(yīng)用?，F(xiàn)任加州大學(xué)伯克利分校研究生院物理學(xué)教授。

他的主要研究領(lǐng)域是超導(dǎo)物理學(xué)和量子噪聲，開創(chuàng)了超導(dǎo)量子干涉裝置理論、設(shè)計(jì)與應(yīng)用，推動(dòng)軸子暗物質(zhì)搜索、低頻磁共振成像和超導(dǎo)量子比特讀出，這些工作奠定量子噪聲有限放大器基礎(chǔ)并推進(jìn)量子計(jì)算與暗物質(zhì)探測。曾獲得1999年美國國家科學(xué)院Comstock物理獎(jiǎng)、2004年英國皇家學(xué)會(huì)休斯獎(jiǎng)?wù)拢⒂?986年當(dāng)選英國皇家學(xué)會(huì)院士，2012年當(dāng)選美國國家科學(xué)院外籍院士。

2025NobelPrize

Michel H. Devoret

法國物理學(xué)家

Michel H. Devoret，法國物理學(xué)家，1953年生于法國，1982年巴黎南部大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位，隨后在法國原子能委員會(huì)薩克雷實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究。1980年代起，在法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）領(lǐng)導(dǎo)介觀物理學(xué)組，專注于宏觀量子隧道和單電子泵發(fā)明。1990年代，繼續(xù)在CNRS推進(jìn)電路量子電動(dòng)力學(xué)研究。2002年加入耶魯大學(xué)擔(dān)任應(yīng)用物理學(xué)教授，領(lǐng)導(dǎo)Quantronics實(shí)驗(yàn)室開發(fā)超導(dǎo)量子比特和糾錯(cuò)技術(shù)。2013-2023年任法國高等研究院介觀物理學(xué)講座教授。2023年起，轉(zhuǎn)至加州大學(xué)圣芭芭拉分校擔(dān)任教授?，F(xiàn)任加州大學(xué)圣芭芭拉分校教授、谷歌量子人工智能首席科學(xué)家。

他的主要研究領(lǐng)域是固體物理學(xué)和量子信息，主要成果是開創(chuàng)電路量子電動(dòng)力學(xué)和“量子電子學(xué)”領(lǐng)域，發(fā)明單電子泵、Quantronium超導(dǎo)量子比特，以及實(shí)現(xiàn)量子跳躍逆轉(zhuǎn)和糾錯(cuò)，這些工作奠定超導(dǎo)量子計(jì)算基礎(chǔ)，推動(dòng)了量子比特糾纏和微波光子應(yīng)用。曾獲得2013年約翰·貝爾獎(jiǎng)、2014年弗里茨·倫敦紀(jì)念獎(jiǎng)和2021年米丘斯量子獎(jiǎng)。

2025NobelPrize

John M. Martinis

美國物理學(xué)家

John M. Martinis，生于1958年，美國物理學(xué)家，現(xiàn)任加州大學(xué)圣巴巴拉分校物理學(xué)教授。他于1987年于加州大學(xué)伯克利分校獲得物理學(xué)博士學(xué)位。自2002年以來，他一直致力于約瑟夫森結(jié)量子比特的研究，目標(biāo)是建造第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。2021年，他因在量子力學(xué)基本問題及其應(yīng)用方面的研究獲得約翰·斯圖爾特·貝爾獎(jiǎng)。