2025年10月7日,瑞典皇家科学院宣布,将当年的诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克(John Clarke)、米歇尔·德沃雷(Michel Devoret)和约翰·马蒂尼斯(John Martinis)三位杰出科学家。他们共同因在宏观量子隧穿效应以及超导电路中能量量子化现象方面的基础性发现而获此殊荣。这项具有划时代意义的研究工作始于20世纪80年代,其核心价值在于证实了量子效应能够渗透到比以往认知中更大的物理系统之中。
这一科学上的重大突破,在于成功地将传统上仅在原子尺度观察到的量子效应,通过实验手段引入到电气电路中,使其能够被直接测量。这三位学者分别代表了加州大学伯克利分校、耶鲁大学和加州大学圣巴巴拉分校。他们通过精密的实验设计,证明了由数十亿粒子组成的集合——即超导体中的库珀对(Cooper pairs)——能够作为一个统一的量子整体运作。他们使用的关键工具是一种被称为约瑟夫森结(Josephson junctions)的微型电路,其结构特点是两块超导体被一层极薄的绝缘层隔开。
根据经典物理学的预测,这种结构下的电路本应保持断开状态,无法导通。然而,正是由于量子隧穿效应的发生,电子得以同步穿过这个绝缘势垒,从而产生了可测量的电压。这一成就使得研究人员能够在显微镜下可见的系统中捕捉到纯粹的量子行为,有效地将量子世界的边界推向了宏观区域。克拉克、德沃雷和马蒂尼斯的研究不仅是基础物理学的重大胜利,也为后来的技术发展奠定了坚实的基础,特别值得一提的是约翰·马蒂尼斯随后在超导量子比特(qubits)开发方面的工作。
时至今日,超导电路已成为构建量子处理器的领先平台之一,吸引了谷歌(Google)、IBM和微软(Microsoft)等科技巨头投入巨额资源进行研发。诺贝尔委员会在颁奖词中特别强调了量子力学的普适性,指出“当今没有任何尖端技术不依赖于量子力学”。萨拉托夫大学的米哈伊尔·达维多维奇(Mikhail Davidovich)教授指出,观察这些宏观量子效应所需的极低温度(低于1开尔文),使得这些结构对于未来的量子计算机极具前景,为实现和控制显著的电流密度开辟了全新的途径。
三位获奖者将共同分享总额为1100万瑞典克朗(约合120万美元)的奖金。按照惯例,颁奖典礼定于2025年12月10日在瑞典首都斯德哥尔摩隆重举行。这一事件再次提醒世人,旨在探究事物本质的最勇敢的科学探索,最终都将成为推动最切实技术进步的强大催化剂。