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。