约翰·克拉克（John Clarke）、米歇尔·德沃雷特（Michel Devoret）和约翰·马丁尼斯（John Martinis）发现了宏观尺度的量子物理学，为量子计算铺平了道路。
三位物理学家因在宏观尺度上展示量子物理学而荣获 2025 年诺贝尔物理学奖。这项研究，包括对量子隧穿和量子叠加等奇异现象的探索，为当今一些最先进的量子计算机奠定了基础。
加州大学伯克利分校的约翰·克拉克（John Clarke）、康涅狄格州纽黑文耶鲁大学和加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）的米歇尔·德沃雷特（Michel Devoret），以及同样来自加州大学圣巴巴拉分校的约翰·马蒂尼斯（John Martinis）将分享 1100 万瑞典克朗（120 万美元）的奖金，该奖项由瑞典皇家科学院于 10 月 7 日在斯德哥尔摩宣布。
克拉克在向聚集在发布会现场的记者发表讲话时说：“我完全惊呆了；我从未想过这会成为诺贝尔奖的基础。”他补充说：“我认为我们的发现，在某些方面，是量子计算的基础。”他还表示，尽管他在 20 世纪 80 年代领导了三人组的工作，但其他两人的贡献是“压倒性的”。
马蒂尼斯告诉《自然》杂志，他的妻子在半夜（加州时间）得知了这个消息，但决定不叫醒他。“我六点前一点醒来。然后我打开电脑，看到了约翰、米歇尔和我的照片。”
“能够庆祝百年量子力学不断带来新惊喜，真是太棒了。它也极其有用，因为量子力学是所有数字技术的基础，”瑞典乌普萨拉大学物理学家、诺贝尔物理学委员会主席奥勒·埃里克森（Olle Eriksson）说。
宏观量子力学
量子力学的基础是在 100 年前奠定的。但它的许多奇特含义却花了数十年才得以揭示。
其一是量子隧穿——一种粒子穿过势垒的现象，根据经典物理学，粒子没有足够的能量来克服该势垒。隧穿解释了放射性衰变，其中，尽管阿尔法粒子（由两个质子和两个中子组成）被限制在原子内部，但它仍然有很小的概率逃逸出原子核。另一个是量子叠加，其中一个物体可以同时存在于多种状态。
在获奖者的实验之前，隧穿和叠加都被认为发生在原子尺度，但尚未在宏观系统中观察到。在 20 世纪 70 年代末，因其在超导体方面的理论工作而获得 2003 年诺贝尔物理学奖的物理学家安东尼·莱格特（Anthony Leggett）提出，这些现象是否可以通过超导电路在宏观尺度上观察到——超导电路是当冷却到绝对零度以上几分之一度时，可以无电阻导电的线圈。
“我们非常认真地思考了这个问题——这些大型系统会遵守量子力学吗？我们仔细考虑了如何证明这一点，”马蒂尼斯回忆道。在 20 世纪 80 年代，克拉克、德沃雷和马蒂尼斯在伯克利工作，他们正在探索超导回路中的量子效应。三人进行了一项实验，其中两个超导体被一个薄势垒隔开，这个薄势垒被称为约瑟夫森结。在这种配置下，系统的电子表现得像一个单一粒子，以零电阻的超电流流动，就像一条没有摩擦的河流——但也没有电压。在经典物理学中，除非获得足够的能量才能逸出，否则系统将保持静止。
通过仔细监测系统并缓慢增加电流，Clarke、Devoret 和 Martinis 发现，整个微小电路能够通过量子隧穿进入更高能量的状态，他们通过测量电压尖峰观测到了这一现象。东京大学物理学家中村泰信表示，许多人对量子力学能在如此大的尺度上显现感到惊讶。
中村说：“他们确实是这个领域的先驱。”中村在 20 世纪 90 年代后期，利用类似原理，首次展示了超导量子比特，即“qubit”。
“在‘脏’的宏观电路中观察量子现象，对我来说至今仍感到惊讶，”新泽西州普林斯顿大学的实验物理学家 Nathalie de Leon 说。“如此大的物体能够表现出量子力学行为，是此后几十年许多富有成效的科学探索的起点，我们现在正生活在一个激动人心的时代，人们开始用超导电路构建量子处理器。”
量子计算
隧穿将量子效应转化为可测量的经典信号，可用于确定系统在宏观尺度上的量子态。它还表明，由数万亿电子组成的电路可以表现为可被操纵的单一量子物体。
如今，利用在叠加态中存储信息的能力，有望成为创建量子计算机的平台，这种计算机有朝一日能够执行某些原本难以处理的计算。Martinis 和 Devoret 都曾在位于加利福尼亚州山景城的谷歌公司工作，该公司率先开发了使用超导量子比特的量子计算机。
德国维尔茨堡大学的实验物理学家 Laurens Molenkamp 表示，该奖项奖励了一项基础性发现，但该效应在量子计算中的应用也赋予了其实际潜力。他指出，尽管量子计算机尚未成为一项成熟技术，“超导器件可能是规模最大、最接近应用的”，但他补充说，“最终的努力尚未到来” 。
马丁尼斯表示，他对该奖项所引起的关注感到非常高兴。“真正的回报是写出一篇被很多人阅读和引用的论文——更好的是，它催生了这项有数千人致力于超导量子比特的宏大科学事业。”
