2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉，三位來自美國加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家——約翰·克拉克、米歇爾·H·德沃雷和約翰·馬丁尼斯共同摘得桂冠。他們的獲獎(jiǎng)理由是對(duì)“電路中宏觀量子隧穿與能級(jí)量子化”的突破性研究，這一發(fā)現(xiàn)將量子世界從微觀尺度延伸至宏觀工程系統(tǒng)，為量子計(jì)算奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

量子力學(xué)自誕生以來，其核心效應(yīng)如隧穿效應(yīng)和能量量子化，始終被局限于原子或亞原子尺度。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大至宏觀層面時(shí)，量子特性往往會(huì)因與環(huán)境的相互作用而迅速消失。然而，三位科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)首次證明，一個(gè)由數(shù)十億對(duì)電子組成的超導(dǎo)電路，在特定條件下能像單個(gè)原子一樣表現(xiàn)出量子行為。這一成果直接挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認(rèn)知中“宏觀與量子不可兼容”的觀念。

實(shí)驗(yàn)的核心裝置是一個(gè)基于約瑟夫森結(jié)的超導(dǎo)電路。約瑟夫森結(jié)由兩層超導(dǎo)體通過薄絕緣層連接而成，當(dāng)電流通過時(shí)，整個(gè)電路中的電子對(duì)會(huì)形成一個(gè)協(xié)同運(yùn)動(dòng)的“宏觀量子態(tài)”。研究團(tuán)隊(duì)通過精密設(shè)計(jì)，將電路冷卻至接近絕對(duì)零度，并采用銅粉微波濾波器等創(chuàng)新技術(shù)，極大降低了外界噪聲干擾。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)溫度降至臨界點(diǎn)以下時(shí)，電路的“逃逸”行為不再受溫度影響，而是完全符合量子隧穿的理論預(yù)測(cè)。更關(guān)鍵的是，他們通過微波光譜技術(shù)觀測(cè)到，該宏觀系統(tǒng)的能量呈現(xiàn)離散化特征，與單個(gè)原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)高度相似。

這一發(fā)現(xiàn)源于20世紀(jì)70年代末物理學(xué)家安東尼·萊格特的理論構(gòu)想。萊格特提出，超導(dǎo)電路因其極低電阻特性，可能成為觀測(cè)宏觀量子效應(yīng)的理想平臺(tái)。1980年代，克拉克、馬丁尼斯和德沃雷組成的團(tuán)隊(duì)在伯克利分校展開了系統(tǒng)性攻關(guān)。他們不僅驗(yàn)證了萊格特的預(yù)言，還通過“共振激活”技術(shù)獨(dú)立測(cè)量了電路的關(guān)鍵參數(shù)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果可直接與理論定量比對(duì)。這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄅ懦藷峒せ畹冉?jīng)典效應(yīng)的干擾，為宏觀量子效應(yīng)的存在提供了無可辯駁的證據(jù)。

克拉克在獲獎(jiǎng)后表示，這一成果是團(tuán)隊(duì)多年協(xié)作的結(jié)晶。他特別鼓勵(lì)年輕科學(xué)家投身量子領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)“仍有許多未知現(xiàn)象等待探索”。事實(shí)上，三位科學(xué)家的研究路徑各具特色：克拉克長期深耕超導(dǎo)量子干涉器件（SQUIDs），其成果廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像和地球物理；德沃雷在法國CEA-Saclay期間開創(chuàng)了“量子電子學(xué)”方向，后于耶魯大學(xué)推動(dòng)超導(dǎo)量子比特設(shè)計(jì)；馬丁尼斯則在加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校和谷歌量子AI實(shí)驗(yàn)室主導(dǎo)了量子霸權(quán)實(shí)驗(yàn)，2019年其團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)53量子比特計(jì)算，標(biāo)志著量子計(jì)算進(jìn)入實(shí)用化階段。

學(xué)術(shù)界對(duì)這一成果的評(píng)價(jià)極高。諾貝爾物理學(xué)委員會(huì)主席奧勒·埃里克松指出，該研究不僅拓展了量子力學(xué)的邊界，更證明了人類有能力在實(shí)驗(yàn)室中“制造”并操控宏觀量子系統(tǒng)。這種能力直接催生了“超導(dǎo)電路作為人造原子”的概念，如今全球領(lǐng)先的量子計(jì)算機(jī)平臺(tái)（如Transmon量子比特和cQED架構(gòu)）均基于此發(fā)展而來。三位科學(xué)家曾與日本理化學(xué)研究所的中村泰信共同獲得2021年“墨子量子獎(jiǎng)”，表彰他們?cè)诔瑢?dǎo)量子電路技術(shù)上的早期貢獻(xiàn)。

從個(gè)人履歷看，三位獲獎(jiǎng)?wù)呔c伯克利分校淵源深厚。克拉克1968年從劍橋大學(xué)博士畢業(yè)后赴美，在伯克利任教超過40年，期間兼任勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室資深科學(xué)家；德沃雷1982年在法國獲得博士學(xué)位后，加入克拉克實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究，后返回法國建立研究團(tuán)隊(duì)，2002年轉(zhuǎn)赴耶魯大學(xué)；馬丁尼斯作為克拉克的學(xué)生，1985年完成關(guān)于約瑟夫森結(jié)的博士論文，此后在NIST和UCSB持續(xù)深耕量子器件領(lǐng)域。他們的學(xué)術(shù)軌跡交織成一張覆蓋歐美量子研究的網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)了整個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)迭代。

當(dāng)前，量子技術(shù)已從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)界。計(jì)算機(jī)芯片中的晶體管便是量子效應(yīng)的經(jīng)典應(yīng)用，而三位科學(xué)家的研究為更復(fù)雜的量子技術(shù)（如量子密碼學(xué)和傳感器）開辟了道路。正如埃里克松所言，量子力學(xué)不僅是理論上的奇跡，更是所有數(shù)字技術(shù)的基石。此次諾貝爾獎(jiǎng)的授予，既是對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)長期探索的肯定，也為下一代量子技術(shù)的突破注入了新動(dòng)力。