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标题: 2025年度诺贝尔物理学奖揭晓：得主奠定量子科技基础 [打印本页]

作者: casper 时间: 前天 08:29
标题: 2025年度诺贝尔物理学奖揭晓：得主奠定量子科技基础
风传媒

斯德哥尔摩瑞典皇家科学院7日公布2025年的诺贝尔物理学奖，由美国学者克拉克（John Clarke）、米歇尔·德沃雷（Michel H. Devoret）与约翰・马丁尼斯（John M. Martinis）同获殊荣，诺奖委员会称其因“发现电路中的巨观量子力学穿隧效应与能量的量子化”获奖。

今年的三位物理学奖得主其实分别出生于英国剑桥、法国巴黎与美国，三人分别是剑桥大学博士、巴黎第十一大学博士跟加州大学柏克莱分校博士。不过这三位物理学大师如今都在美国任教，克拉克在加州大学柏克莱分校、德沃雷在耶鲁跟加州大学圣塔芭芭拉分校、马丁尼斯也是加大圣塔芭芭拉分校教授。

众所周知，量子力学是解释微观世界的物理学，但这个微观到底要多微小呢？我们又如何可能在这个巨观世界应用甚至操控量子力学呢？根据诺奖委员会的新闻稿，约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马丁尼斯1984年起利用由超导体构成的电路进行了一系列实验。超导体是一种在极低温下电阻会完全消失的神奇材料，在他们所设计的电路中，超导元件被一层薄薄的非导电材料隔开，透过改进和测量电路的各种特性，使其能够控制和探索电流通过时产生的现象。带电粒子在超导体中移动，共同构成了一个系统，其行为就像一个充满整个电路的单一粒子。

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这个巨观粒子系统原本处于一种无电压、有电流流动的状态。系统被困在这种状态，仿佛被一道无法逾越的能量障壁（即“约瑟夫森接面”，Josephson Junction）所阻挡。按照古典物理学的逻辑，如果电流的能量不足，它们应该会被这道墙完全挡住，但实验结果却让整个物理学界为之震动。三位物理学家观测到，即使在能量不足的情况下，整个系统依然成功“逃脱”了被困住的零电压状态，产生了电压。这意味著，构成电流的、数量庞大的“宏观粒子”展现了纯粹的量子行为，以穿隧效应的形式，整体“钻”过了那道能量障壁。

这意味著长久以来，量子力学那些令人脑洞大开的现象——例如波粒二象性、量子纠缠、量子穿隧——似乎只是属于原子、电子等微小存在的专利。然而今年的诺贝尔物理学奖得主，却以巨观粒子系统，彻底颠覆了这个传统认知，这也是人类第一次在肉眼可见（尽管是透过仪器测量）的宏观系统中，观测到量子穿隧效应。而且三位桂冠得主的贡献不止于此。他们不仅证明了“宏观穿隧”的可能性，更进一步验证了这个宏观系统的另一个关键量子特性：“能量量子化”（Quantised Energy Levels）。在我们的宏观世界里，能量的变化是连续的。你可以将车速从时速50公里，平滑地加速到50.1、50.2公里。但在量子世界，能量的吸收或释放，更像是上下楼梯，只能一阶一阶地跳、不能停留在两阶之间。一个系统只能处于某些特定的、不连续的能量状态上。透过对超导电路进行精密的测量与控制，三位科学家证实这个“宏观粒子”系统在与外界交换能量时，只会吸收或放出特定大小的能量“包裹”，其行为模式与量子力学的预测完全吻合。这无疑证明了该系统并非某种古典物理的巧合，而是展现了量子力学的特性。

2025诺贝尔物理学奖得主John Clarke、Michel H. Devoret、John M. Martinis。（翻摄诺贝尔奖官网）

克拉克、德沃雷与马丁尼斯的研究，等于开启了量子技术的大门，实现了对宏观量子系统的“主动操控能力”，这也正是未来量子科技的核心。诺贝尔物理学奖委员会主席奥勒·埃里克森表示：“能够庆祝百年量子力学不断带来新的惊喜，真是太棒了，因为量子力学是所有数位技术的基础。”诺奖委员会指出，电脑芯片中的电晶体是成熟运用量子技术的一个例子。今年的诺贝尔物理学奖更为开发下一代量子技术提供了基石，也包括量子密码学、量子电脑和量子感测器等新兴领域。

从1901年至2024年，诺贝尔物理学奖已颁发118次，共有226位得主。人工智慧先驱约翰·霍普菲尔德（John Hopfield）和杰弗里·辛顿（Geoffrey Hinton）去年因奠定机器学习的基石，共同荣获物理学奖。至于历来最年轻的诺贝尔物理学奖得主，首推1915年以“借由X光分析晶体结构”获奖的劳伦斯·布拉格（Lawrence Bragg，时年25岁），最年长的获奖者则是2018年得主亚瑟·艾许金（Arthur Ashkin，时年96岁），得奖理由是“发明光镊及其在生物系统中的应用”。

玛丽·E·布朗柯（Mary E. Brunkow）、弗雷德·蓝斯德尔（Fred Ramsdell）和坂口志文博士因发现免疫系统如何攻击细菌而不是我们自己的身体，共同获得今年的诺贝尔生理学或医学奖。接下来陆续公布的是化学奖（8日）、文学奖（9日）、和平奖（10日）、经济学奖则是13日。至于颁奖典礼则将于12月10日举行，这一天也是诺贝尔奖创始人阿尔弗雷德·诺贝尔（Alfred Nobel）的忌日。

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