來源：劍橋大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校 等

編輯整理 ：雙一流高教

10月7日，2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?wù)浇視裕?025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?wù)浇視裕瑒虼髮W(xué)校友、英國物理學(xué)家、加州大學(xué)伯克利分校榮休教授約翰·克拉克教授（John Clarke）與米歇爾·德沃雷（Michel H Devoret）、約翰·馬丁尼斯（John M Martinis）共同榮獲這一殊榮，以表彰他們在“揭示量子物理在現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)揮作用”方面做出的奠基性貢獻(xiàn)。

克拉克教授成為劍橋大學(xué)第126位諾貝爾獎(jiǎng)得主，是加州大學(xué)伯克利分校第27位獲得諾貝爾獎(jiǎng)的教職人員，也是過去五年來的第4位諾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

公開資料顯示，約翰·克拉克，1942年出生于劍橋，早年憑借獎(jiǎng)學(xué)金入讀佩斯中學(xué)，隨后進(jìn)入劍橋大學(xué)基督學(xué)院攻讀自然科學(xué)本科。他于1964年獲得物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，隨后在劍橋大學(xué)皇家學(xué)會(huì)蒙德實(shí)驗(yàn)室攻讀物理學(xué)博士學(xué)位。1965年，他成為新成立的達(dá)爾文學(xué)院首批學(xué)生，并擔(dān)任該院學(xué)生會(huì)首任主席。在導(dǎo)師布萊恩·皮帕德指導(dǎo)下，他開發(fā)了一種高靈敏度電壓計(jì)，后稱SLUG。他于1968年獲得博士學(xué)位。

獲得博士學(xué)位后，克拉克赴加州大學(xué)伯克利分校從事博士后研究，并在此度過了整個(gè)學(xué)術(shù)生涯，歷任助理教授、副教授及物理學(xué)教授。

在20世紀(jì)80年代，克拉克領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)包括馬丁尼斯和德沃雷在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)體宏觀量子現(xiàn)象方面的發(fā)現(xiàn)，最終使他們共同獲得了2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

克拉克教授的核心研究聚焦于超導(dǎo)性與超導(dǎo)電子學(xué)，特別是在超導(dǎo)量子干涉器件（SQUIDs，Superconducting Quantum Interference Devices）的開發(fā)與應(yīng)用上。這是一種能夠極靈敏探測磁通量的裝置。尤為關(guān)鍵的是，在1985年，克拉克與其當(dāng)時(shí)指導(dǎo)的博士生約翰·馬丁尼斯及博士后研究員米歇爾·德沃雷共同實(shí)驗(yàn)，清晰地展示了約瑟夫森結(jié)的量子行為。這項(xiàng)工作為后來的超導(dǎo)量子計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任梅特·阿塔圖爾教授在評價(jià)其成就時(shí)指出：“約翰·克拉克與德沃雷、馬丁尼斯共同為當(dāng)今基于超導(dǎo)量子比特的量子技術(shù)打開了大門，使得基礎(chǔ)量子現(xiàn)象能夠在真實(shí)器件中得以運(yùn)用。”他進(jìn)一步解釋道：“另一位卡文迪許諾貝爾獎(jiǎng)得主布萊恩·約瑟夫森曾率先提出在兩個(gè)超導(dǎo)體之間因量子隧穿效應(yīng)而產(chǎn)生新量子相的概念。而約翰·克拉克在卡文迪許的博士工作，則實(shí)證了我們今天所稱的‘超導(dǎo)體-正常-超導(dǎo)體約瑟夫森結(jié)’的工作原理——這實(shí)質(zhì)上構(gòu)成了當(dāng)今所有超導(dǎo)量子比特的核心。德沃雷和馬丁尼斯則主導(dǎo)了將這一基礎(chǔ)量子物理概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)今超導(dǎo)量子計(jì)算的實(shí)踐。我對今天這個(gè)實(shí)至名歸的獎(jiǎng)項(xiàng)感到無比欣喜。”

物理學(xué)中一個(gè)長期存在的關(guān)鍵問題是：能夠展現(xiàn)量子力學(xué)效應(yīng)的系統(tǒng)，其最大尺度究竟能有多大？克拉克、德沃雷和馬丁尼斯通過一系列精巧的實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)尺寸足以“握在手中”的宏觀電路里，同時(shí)觀測到了量子隧穿現(xiàn)象和能量量子化效應(yīng)，即發(fā)現(xiàn)了宏觀量子力學(xué)隧穿與電路中的能量量子化。

量子力學(xué)允許粒子通過“隧穿”過程直接穿越勢壘。然而，當(dāng)涉及大量粒子時(shí)，量子效應(yīng)通常變得難以察覺。這三位獲獎(jiǎng)?wù)叩膶?shí)驗(yàn)雄辯地證明，量子力學(xué)特性完全可以在宏觀尺度上得以呈現(xiàn)和操控。

在1984至1985年間，他們利用超導(dǎo)體構(gòu)建了一個(gè)電子電路。電路中，超導(dǎo)元件被一層極薄的絕緣材料隔開，構(gòu)成了“約瑟夫森結(jié)”。通過精確調(diào)控和測量電路的各種屬性，他們能夠深入探究當(dāng)電流通過時(shí)產(chǎn)生的量子現(xiàn)象。在超導(dǎo)體中協(xié)同運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，其整體行為表現(xiàn)得如同一個(gè)遍布整個(gè)電路的單一粒子。

這個(gè)宏觀的、類粒子的系統(tǒng)最初處于一種“有電流無電壓”的狀態(tài)。系統(tǒng)仿佛被囚禁在此狀態(tài)中，如同面前有一道無法穿越的勢壘。然而，實(shí)驗(yàn)清晰地顯示，該系統(tǒng)通過量子隧穿效應(yīng)成功逃離了零電壓狀態(tài)，展現(xiàn)了其量子本質(zhì)。系統(tǒng)狀態(tài)的改變通過電壓的出現(xiàn)而被檢測到。此外，獲獎(jiǎng)?wù)邆冞€證實(shí)，該系統(tǒng)的行為完全遵循量子力學(xué)的預(yù)言——它是量子化的，意味著它只能吸收或釋放特定份量的能量。

劍橋大學(xué)副校長黛博拉·普倫蒂斯教授表示：“熱烈祝賀劍橋校友克拉克教授因在量子力學(xué)隧穿研究方面的貢獻(xiàn)而共同獲得本屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他不僅在這座卓越的城市成長，更從本科到博士階段均在此求學(xué)?？死私淌谑莿虻?26位諾貝爾獎(jiǎng)得主，這凸顯了本校在科研與教育領(lǐng)域的非凡影響力?！?/p>

克拉克教授在移居美國后，仍與劍橋大學(xué)保持著緊密聯(lián)系。他于1972年當(dāng)選劍橋大學(xué)基督學(xué)院院士，1989年擔(dān)任克萊爾霍爾學(xué)院訪問學(xué)者，1998年當(dāng)選丘吉爾學(xué)院準(zhǔn)院士(By-Fellow)。2003年，劍橋大學(xué)授予其科學(xué)博士學(xué)位。他于1997年當(dāng)選基督學(xué)院榮譽(yù)院士，并于2023年當(dāng)選達(dá)爾文學(xué)院榮譽(yù)院士。

在其卓越的職業(yè)生涯中，克拉克教授曾獲斯隆研究獎(jiǎng)學(xué)金、古根海姆獎(jiǎng)學(xué)金，并于1986年當(dāng)選英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)士。他還曾獲得基思利獎(jiǎng)、康斯托克物理學(xué)獎(jiǎng)、休斯獎(jiǎng)?wù)?、盧納斯馬紀(jì)念獎(jiǎng)等殊榮，并于2012年當(dāng)選美國國家科學(xué)院外籍院士，2017年當(dāng)選美國哲學(xué)會(huì)會(huì)士。2021年，他與德沃雷和中村泰信共同獲得了“墨子量子獎(jiǎng)”。

劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室是近代物理學(xué)的圣地之一，迄今已培養(yǎng)出數(shù)十位諾貝爾獎(jiǎng)得主。超導(dǎo)量子干涉器件（SQUID）和約瑟夫森結(jié)不僅是理解基礎(chǔ)物理的重要工具，也已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像（如腦磁圖）、地質(zhì)勘探及量子計(jì)算等前沿領(lǐng)域。