2025年诺贝尔物理学奖授予了约翰·克拉克(John Clarke)、米歇尔·H·德沃雷特(Michel H. Devoret)和约翰·M·马蒂尼斯(John M. Martinis)三位杰出学者,以表彰他们在电路中发现宏观量子力学隧穿效应和能量量子化现象。这项殊荣标志着人类对自然界基本法则的认知迈上新台阶,成功将原本局限于微观领域的奇特量子现象,在可感知的宏观系统中得以展现。
这项奠基性的工作主要在20世纪80年代中期于加州大学伯克利分校完成。克拉克教授(时年83岁,加州大学伯克利分校荣休教授)在1968年获得博士学位后,便专注于利用超导电路和约瑟夫森结进行探索。德沃雷特教授(时年72岁,现任耶鲁大学与加州大学圣巴巴拉分校教授)和马蒂尼斯教授(时年67岁,加州大学圣巴巴拉分校教授)当时均在克拉克的研究团队中。他们构建的实验装置是一个由超导体构成的电路,通过一层极薄的绝缘材料分隔,形成了约瑟夫森结。 在这个包含数十亿库珀对的宏观系统中,他们成功观测到电流如同穿透实体墙壁般,从一种零电压状态“隧穿”至另一种产生电压的状态,这正是量子力学所预言的“穿墙术”。
此次获奖成果的深远意义在于,它清晰地界定了量子效应在可观测系统中的边界,并为科技的未来发展开辟了广阔疆域。评委会强调,现今的先进技术无一不根植于量子力学,而这项工作为下一代技术,如量子计算机、高精度传感器和安全加密系统,奠定了坚实的物理基础。特别是,超导量子计算因其低损耗和与现有半导体工艺的兼容性,已成为当前最具前景的技术路线之一。
克拉克教授的学术生涯始于英国剑桥大学,而德沃雷特教授则在法国巴黎获得博士学位。他们的跨国合作与智慧汇聚,将深奥的理论转化为可操作的现实。他们的实验不仅证实了宏观隧穿,还验证了系统的能量吸收与释放是量子化的,即以特定的、分立的“剂量”进行,完全符合量子力学的精确预测。 这一发现使人类得以在更宏大的尺度上驾驭微观世界的精妙规律,鼓励着所有探索者以更开放的心态去面对未知的领域。
三位科学家将平分1100万瑞典克朗的奖金,而最终的颁奖典礼定于2025年12月10日在斯德哥尔摩举行。