2025年10月7日，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉，來自美國(guó)的三位科學(xué)家——加州大學(xué)伯克利分校的約翰·克拉克、耶魯大學(xué)的米歇爾·H·德沃雷特以及加州大學(xué)圣巴巴拉分校的約翰·M·馬蒂尼斯，憑借“在電路中揭示宏觀量子力學(xué)隧穿與能量量子化現(xiàn)象”的突破性成果，共同摘得桂冠。這一獎(jiǎng)項(xiàng)的頒發(fā)，恰逢量子力學(xué)重要理論矩陣力學(xué)創(chuàng)立100周年，聯(lián)合國(guó)也將今年定為國(guó)際量子科學(xué)技術(shù)年，學(xué)界此前便廣泛預(yù)測(cè)諾獎(jiǎng)將聚焦量子領(lǐng)域。
三位科學(xué)家的研究核心在于，通過實(shí)驗(yàn)證明量子世界的奇異特性并非僅存在于微觀原子層面，而是能在毫米級(jí)宏觀器件中觀測(cè)到。復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授李曉鵬解釋，經(jīng)典電學(xué)描述電流、電壓等宏觀物理量的關(guān)系，而量子力學(xué)聚焦單個(gè)粒子的微觀行為，如量子隧穿效應(yīng)——粒子可“穿越”障礙物而非反彈。此次諾獎(jiǎng)表彰的正是科學(xué)家在宏觀尺度驗(yàn)證量子隧穿的實(shí)驗(yàn)。
1984年至1985年，克拉克、德沃雷特（時(shí)為博士后）與馬蒂尼斯（博士研究生）在加州大學(xué)伯克利分校開展了一系列實(shí)驗(yàn)。他們利用超導(dǎo)體（無電阻導(dǎo)電材料）構(gòu)建電路，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能通過隧穿逃離零電壓狀態(tài)并產(chǎn)生電壓，同時(shí)僅以特定能量值吸收或發(fā)射能量，展現(xiàn)出量子化特性。湖南師范大學(xué)超導(dǎo)量子器件專家彭智慧指出，這一研究是量子比特領(lǐng)域的先驅(qū)性工作，為超導(dǎo)量子計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，諾貝爾委員會(huì)此次授獎(jiǎng)是對(duì)利用超導(dǎo)器件驗(yàn)證量子力學(xué)原理的認(rèn)可。
復(fù)旦大學(xué)物理系教授黃吉平比喻，三位科學(xué)家的工作如同將“幽靈般”的量子行為從原子尺度擴(kuò)展至肉眼可見的宏觀世界。他們通過特殊設(shè)計(jì)的超導(dǎo)電路，首次在宏觀層面清晰呈現(xiàn)“能量臺(tái)階”（能量量子化）與“隔空穿越”效應(yīng)。這一成果不僅震撼物理學(xué)基礎(chǔ)，更直接推動(dòng)了量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，證明量子世界可通過精密設(shè)計(jì)的電路（如超導(dǎo)電路中的LC振蕩回路與約瑟夫森結(jié)）被操控。
該研究的應(yīng)用前景遠(yuǎn)超物理學(xué)范疇。彭智慧介紹，除量子計(jì)算外，其成果還可用于量子傳感領(lǐng)域，例如探測(cè)傳統(tǒng)手段難以捕捉的極低能量微波光子；潛在應(yīng)用還包括量子增強(qiáng)雷達(dá)、暗物質(zhì)候選粒子（如軸子、暗光子）探測(cè)等前沿方向。上海交通大學(xué)李政道研究所助理研究員應(yīng)江華認(rèn)為，今年諾獎(jiǎng)的特殊性在于，不僅獎(jiǎng)勵(lì)基礎(chǔ)研究，更間接肯定了成果的工程化與應(yīng)用落地——馬蒂尼斯作為谷歌超導(dǎo)計(jì)算團(tuán)隊(duì)前負(fù)責(zé)人，曾證明量子計(jì)算的優(yōu)越性，被視為“超導(dǎo)量子計(jì)算工程化的標(biāo)志性人物”；德沃雷特則創(chuàng)立了超導(dǎo)量子計(jì)算創(chuàng)業(yè)公司。
量子計(jì)算已成為全球技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)最激烈的領(lǐng)域之一。李曉鵬指出，當(dāng)前多國(guó)均在發(fā)展量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)，中國(guó)與美國(guó)的發(fā)展水平相當(dāng)，但在基礎(chǔ)科學(xué)研究與人才積累上仍有差距。國(guó)內(nèi)最早開展相關(guān)研究的單位包括中國(guó)科學(xué)院物理研究所與南京大學(xué)，其中中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉團(tuán)隊(duì)、朱曉波團(tuán)隊(duì)（與浙江大學(xué)王浩華團(tuán)隊(duì)合作）已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，尤其在超導(dǎo)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)研究方面與谷歌團(tuán)隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)激烈。
