诺贝尔物理学奖授予让量子效应“看得见”的研究

2025年10月7日，瑞典皇家科学院宣布将当年的诺贝尔物理学奖 jointly 授予加州大学伯克利分校的约翰·克拉克、耶鲁大学与加州大学圣塔芭芭拉分校的米歇尔·德沃雷特，以及加州大学圣塔芭芭拉分校的约翰·马丁斯，以表彰他们“在电路中发现宏观量子隧穿与能量量子化”这一里程碑式成果。这三位科学家在上世纪80年代通过实验首次证明，量子力学中著名的“隧穿效应”不仅存在于微观粒子层面，也能在由超导体制成的宏观电路中被观察到。

所谓量子隧穿，是指微观粒子能够穿越看似不可逾越的能量屏障的现象。传统上认为这种效应只发生在原子或电子等极小尺度上。但克拉克、德沃雷特和马丁斯设计并实现了特殊的超导电路，在其中大量电子集体行为如同一个单一的量子实体，成功实现了跨越绝缘层的隧穿，并产生可测量的电压。他们还发现这些电路只能吸收或释放特定大小的能量包——也就是“能量量子”，这是量子力学最核心的特征之一。1988年，他们在《科学》杂志发表论文时形象地指出，他们观测到的是一个“大到可以用手触摸”的物体所表现出的量子行为。

这项研究的重大意义在于，它首次在人类制造的宏观器件中清晰地展示了量子效应，打破了量子世界与经典世界之间的直观界限。更重要的是，这些基于超导电路的量子系统为现代量子计算技术的发展奠定了基础。如今广泛研究的超导量子比特，其原理正是建立在他们所验证的物理机制之上。

诺贝尔物理学委员会主席奥勒·埃里克松在发布会上表示，今天几乎所有先进科技，包括手机、电脑、相机和光纤通信，都离不开量子力学的应用。他强调，尽管量子理论已有百年历史，但它仍在不断带来惊喜。获奖者克拉克在电话采访中坦言，当初他们只是专注于理解物理原理和进行计算，完全没想到这项基础研究会对未来技术产生如此深远的影响，他对获奖感到“无比震惊”。

此次奖项不仅是对三位科学家个人成就的认可，也凸显了基础科学研究的长期价值。他们的工作连接了抽象的量子理论与现实世界的工程技术，开启了在芯片上操控量子状态的新时代，为未来量子计算机、超高精度传感器等革命性技术铺平了道路。