《2025年诺贝尔物理学奖揭晓,美国加州大学三位教授因“发现电路中的宏观量子力学隧道效应和能量量子化”获奖》

  • 来源专题:计量基标准与精密测量
  • 编译者: 李晓萌
  • 发布时间:2025-10-13
  • 2025年10月7日,瑞典皇家科学院宣布,将2025年诺贝尔物理学奖授予:John Clarke(美国加州大学伯克利分校);Michel H. Devoret(美国耶鲁大学、加州大学圣塔芭芭拉分校);John M. Martinis(美国加州大学圣塔芭芭拉分校、洛杉矶Qolab实验室)。

    2025年诺贝尔物理学奖:“发现电路中的宏观量子力学隧道效应和能量量子化”

    物理学中的一个核心问题在于:能够展现量子效应的系统尺度上限究竟是多少?本年度的诺贝尔奖得主通过精巧的电路实验,在一个尺寸可置于掌心的宏观系统中,同时观测到量子隧穿效应与离散能级的存在。

    量子力学允许粒子通过"隧穿"过程直接穿越势垒。通常情况下,当粒子数量增多时,量子效应会逐渐消失。然而获奖者的突破性实验证明,量子特性同样能够在宏观尺度上被具象化呈现。

    1984至1985年间,John Clarke、Michel H. Devoret与John M. Martinis利用超导元件构建电子电路进行系列实验。该电路通过非导电薄层隔离超导组件,形成约瑟夫森结结构。通过精确调控与测量电路各项参数,研究人员成功观测并解析了电流通过时产生的量子现象。流经超导体的带电粒子群在此系统中呈现出整体一致性,宛如一个遍布整个电路的单一粒子。

    该宏观粒子系统初始处于无电压的超流状态,如同被无形势垒禁锢。实验中系统通过量子隧穿效应突破零电压状态,其量子特性得以显现。最终系统状态转变通过电压信号的产生被直接检测到。

    获奖者们还成功验证了该系统的行为完全符合量子力学的预测——具有量子化特征,即仅能吸收或释放特定量值的能量。

    诺贝尔物理学奖委员会主席Olle Eriksson表示:"量子力学虽已有百年历史,却仍能不断带来新的惊喜,这令人赞叹。同时它也具有巨大实用价值,构成了所有数字技术的基石。"

    我们身边成熟的量子技术应用比比皆是,计算机微芯片中的晶体管便是一例。而本届诺贝尔物理学奖的成果,则为发展下一代量子技术(包括量子密码学、量子计算机和量子传感器)开辟了全新路径。

    获奖者简介

    John Clarke,1942年生于英国剑桥,1968年获英国剑桥大学博士学位,现为美国加州大学伯克利分校教授。

    Michel H. Devoret,1953年生于法国巴黎,1982年获法国巴黎第十一大学博士学位,现为美国耶鲁大学及加州大学圣塔芭芭拉分校教授。

    John M. Martinis,1958年生于美国洛杉矶,1987年获美国加州大学伯克利分校博士学位,现为加州大学圣塔芭芭拉分校教授,并兼任洛杉矶Qolab实验室首席技术官。

    奖金金额

    奖金总额1100万瑞典克朗,由三位获奖者平均分配。

  • 原文来源:https://www.kva.se/en/news/the-nobel-prize-in-physics-2025/
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    • 北京时间10月2日下午5时52分,2018年诺贝尔物理学奖揭晓。获奖者为美国科学家阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)、法国科学家热拉尔·穆鲁(Gerard Mourou)和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰(Donna Strickland)。获奖理由是表彰3人在激光物理学领域所作出的开创性发明。 阿瑟·阿什金已经96岁,是迄今年龄最大的获奖者。唐娜·斯特里克兰是55年来首次有女性获得诺贝尔物理学奖,从而将该奖项的女性获奖者增至3人。 2018年诺贝尔物理学奖被授予“激光物理学领域开创性的发明”,其中一半奖金授予美国贝尔实验室科学家阿瑟·阿什金,因其在“光学镊子及其在生物系统中的应用”领域所做的工作;另一半奖金由法国巴黎综合理工学院科学家热拉尔·穆鲁和加拿大滑铁卢大学科学家唐娜·斯特里克兰共同分享,以表彰他们在“产生高强度、超短光脉冲方法”方面的工作。 今年获奖的发明给激光物理学带来了革命性的变化。极其微小的物体和令人难以置信的快速过程正从一个新的角度被观察到。先进的精密仪器正在开启尚未开发的研究领域以及大量的工业和医疗应用。 阿瑟·阿什金于1922年在美国纽约出生在纽约布鲁克林长大。他到哥伦比亚大学读书,在那里还做一名技术人员为美国军方的雷达设备制造磁控管。在大二时,他应征加入二战,但导师席德·米尔曼(Sid Millman)打了个电话,把阿什金列入了“征兵预备队”,得以让阿什金在剩余的战争时期继续在实验室工作。1952年从康奈尔大学获得博士学位。 阿瑟·阿什金发明了一种光学镊子,可以用激光手指抓取粒子、原子、病毒和其他活体细胞。新工具让阿什金实现了科幻小说中的一个古老梦想——利用光的辐射压力移动物体。他成功让激光将小粒子推向光束中心,并将它们固定在那里。光学镊子由此被发明。1987年,阿什金取得了重大突破,他用镊子在不伤害活细菌的情况下捕获了它们。他立即开始研究生物系统,现在光学镊子已被广泛用于研究生命的机制。阿什金在贝尔实验室长达40年的卓越职业生涯中,发现了如何让激光推、拉和抓住微小物体,如小介电粒子、细胞和DNA等生物分子。 巴黎综合理工学院名誉教授热拉尔·穆鲁于1944年出生在法国阿尔贝维尔,1973年获得博士学位。唐娜·斯特里克兰于1959年出生在加拿大贵湖,1989年从美国罗彻斯特大学获得博士学位。 热拉尔·穆鲁在2012年获得法国荣誉军团勋章和2016年弗雷德里克·艾夫斯奖章之后,今年又获得了美国物理学会的荣誉,被授予阿瑟·伦纳德·肖洛激光科学奖(Arthur L. Schawlow Award),以表彰他在基础科学领域做出的杰出贡献,即利用激光在推进材料的基本物理性质及其与光的相互作用的知识方面所做的杰出贡献。 穆鲁和学生唐娜·斯特里克兰是被称为啁啾脉冲放大(CPA)技术的共同发明人。该技术使短激光脉冲放大到极高的峰值功率成为可能,可达到万亿瓦级(1012瓦)。它彻底改变了激光科学领域,并在物理学的不同分支中找到了新的用武之地,包括核物理和粒子物理。它还适用于医学领域,在眼科和白内障屈光手术方面取得了新进展。他们的革命性文章发表于1985年,并且构成了斯特里克兰博士论文的基础。 无数的应用领域还没有完全开发出来。但即使是现在,这些著名的发明也让人们能够以阿尔弗雷德·诺贝尔的最佳精神在微观世界中上下求索——为人类带来最大的利益。 三位女性获奖者 从1901年到2018年,女性共获得诺贝尔奖物理学奖3次。 其他两次分别为玛丽·居里和皮埃尔·居里分享了1903年诺贝尔物理学奖的一半奖金,原因是“他们对亨利·贝克勒尔教授发现的辐射现象进行联合研究”。 玛丽亚·格佩特-梅耶和汉斯·延森获得了1963年诺贝尔物理学奖的一半奖金,以表彰他们“对核壳层结构的相关发现”。