瑞典皇家科學院宣布,將2025年諾貝爾物理學獎授予三位美國科學家——約翰·克拉克、米歇爾·德沃雷特和約翰·馬丁尼斯,以表彰他們在超導電路領域發現的宏觀量子力學隧穿效應與能量量子化現象。這一獎項的頒發正值量子力學理論體系創立100周年,且聯合國將今年定為“國際量子科技年”,授獎領域的選擇引發了科學界的廣泛關注。
在量子力學領域,三位獲獎者的研究為何能從眾多成果中脫穎而出?復旦大學物理學系教授李曉鵬解釋,經典電學中,電路的行為遵循連續規律,但當超導器件縮小到足夠小時,量子效應開始主導。1984年至1985年,克拉克、德沃雷特和馬丁尼斯通過超導電路實驗,首次觀測到能量量子化現象。李曉鵬比喻,這一現象如同“上臺階”,能量只能取分立值,而非連續變化,例如氫原子中電子的能量只能取-13.6電子伏特或其平方倒數,而非中間值。
他們還發現了量子隧穿效應。在經典力學中,粒子無法穿越能量高于自身的勢壘,但在量子世界中,微觀粒子能以概率形式“穿墻而過”。這些發現為超導量子比特的研制奠定了基礎。超導量子比特是超導量子計算機的核心計算單元,目前全球最高水平的“祖沖之三號”由中國團隊研制,集成了105個量子比特,計算速度比超級計算機快15個數量級。
然而,此次授獎也引發了爭議。世界上首個超導量子比特由日本科學家中村泰信和華人科學家蔡兆申于1999年合作完成,但兩人并未獲獎。上海交大助理研究員應江華指出,諾貝爾獎通常獎勵“從0到1”的原始創新,而此次獲獎者,尤其是馬丁尼斯,更側重于“從1到99”的工程化與應用推進。馬丁尼斯團隊與谷歌合作,首次驗證了超導量子計算的“量子優越性”,并推動技術商業化,這或許反映了諾獎對科研成果轉化的重視。
德沃雷特的核心貢獻在于揭示超導電路中的宏觀量子現象,為固態量子信息科學提供了關鍵實驗基礎。他的研究解決了超導量子比特的核心難題——相干時間,將量子比特的“壽命”從納秒級提升至毫秒級。這一突破成為IBM、谷歌等量子處理器及中國“祖沖之號”系列的技術基石。
克拉克作為團隊導師,在超導電子學領域貢獻卓著,尤其是超導量子干涉裝置的開發,這一超靈敏磁通量探測器已廣泛應用于多個領域。應江華認為,克拉克的研究為超導量子計算鋪平了道路,再次印證了諾獎對科學成果轉化的關注。
2021年“墨子量子獎”曾授予克拉克、德沃雷特和中村泰信,以表彰他們在超導量子電路領域的開創性工作。此次克拉克和德沃雷特獲獎,而中村泰信落選,進一步引發了對諾獎評選標準的討論。











