在量子物理的奇妙領域中，許多現(xiàn)象看似違背日常直覺：粒子能穿透障礙物，能量以離散形式存在，系統(tǒng)可同時處于兩種狀態(tài)。這些看似僅存在于微觀世界的“怪異”現(xiàn)象，如今被證實可在人類手掌大小的電路中重現(xiàn)。2025年諾貝爾物理學獎授予三位科學家，表彰他們在宏觀尺度上驗證量子隧穿與能量量子化的突破性研究。

量子隧穿是微觀世界的典型特征。以α衰變?yōu)槔雍酥械牧Ｗ幽軌虼┰娇此撇豢捎庠降哪芰縿輭荆右葜梁送狻＿@一現(xiàn)象在單個粒子層面已被充分理解，但科學家長期困惑：由數(shù)十億粒子組成的宏觀體系，能否復現(xiàn)這種量子行為？2025年的獲獎研究給出了肯定答案。

上世紀80年代，美國加州大學伯克利分校的約翰·克拉克團隊開啟了一項關鍵實驗。他們構建了由兩塊超導體夾著極薄絕緣層的約瑟夫森結結構。在超導體中，電子形成庫珀對，以無阻力的方式流動，整個系統(tǒng)可用統(tǒng)一的波函數(shù)描述，表現(xiàn)出類似單一量子粒子的宏觀特性。研究人員向電路輸入微弱電流并監(jiān)測電壓變化，發(fā)現(xiàn)電壓會突然跳動，仿佛系統(tǒng)“穿透了”無形的能量屏障。

實驗中，宏觀超導體系完成了量子隧穿。更驚人的是，系統(tǒng)能量呈現(xiàn)離散變化，而非連續(xù)流動。當注入的微波能量與系統(tǒng)能級差匹配時，電路會吸收能量并躍遷至更高能級，如同粒子在量子世界中的躍遷。能量吸收與釋放僅以特定份額進行，完全符合量子力學預測。

這一發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)認知。長期以來，人們認為宏觀世界會因環(huán)境干擾而“去量子化”，著名的“薛定諤的貓”思想實驗便體現(xiàn)了這種觀點：量子疊加態(tài)在宏觀層面無法維持。然而，理論物理學家安東尼·萊格特曾提出，宏觀體系可能存在量子態(tài)。克拉克團隊的實驗正是這一設想的實證，他們讓由上千億粒子組成的宏觀系統(tǒng)展現(xiàn)出量子隧穿與躍遷行為。

該研究不僅深化了量子力學的基礎理解，更為量子技術鋪平了道路。獲獎者之一約翰·馬蒂尼斯后續(xù)將具有量子化能級的超導電路應用于量子計算，開發(fā)出量子比特。在量子計算機中，比特可同時處于“0”與“1”的疊加態(tài)，這一特性正是基于早期實驗揭示的物理規(guī)律。如今，全球領先的量子計算研究均受益于這一開創(chuàng)性思路。

從理論思辨到實驗驗證，再到技術應用，這項研究標志著量子力學從微觀領域向人類可操控尺度的跨越。厘米級的電路讓量子現(xiàn)象變得“可觸摸”，使“薛定諤的貓”從思想實驗轉(zhuǎn)化為可測量的現(xiàn)實。量子力學不再僅是抽象的“微觀魔法”，而是逐步融入人類科技生活。