当地时间 10 月 7 日 11 时 45 分，诺贝尔物理学奖揭晓，获奖者为约翰・克拉克（John Clarke）、米歇尔・H・德沃雷（Michel H. Devoret）和约翰・M・马丁尼斯（John M. Martinis），以表彰他们在“电路中发现宏观量子力学隧穿效应与能量量子化现象”。这一奖项不仅解决了物理学核心问题，更为下一代量子技术发展带来可能。

获奖成果：宏观尺度展现量子特性

三位科学家进行了一系列实验，在一个足以手持的电回路系统中，展示了量子隧穿和能量量子化效应，成功解决了“一个系统能展示量子力学效应的最大尺寸是多少”这一核心问题。他们的实验证明，量子力学特性可以在宏观尺度上具体体现。就像计算机微芯片中的晶体管，作为已成熟应用的量子技术实例，与本次获奖成果有着技术传承的联系。诺贝尔物理学奖委员会主席 Olle Eriksson 评价，这体现了百年量子力学不断带来新惊喜，且具有巨大实用价值，因为量子力学是所有数字技术的基础。

实验过程与发现

1984 - 1985 年间，三位科学家在加州大学伯克利分校开展实验。他们构建了一个由两个超导体组成的电路，超导体能无电阻传导电流，中间用完全不导电的薄层材料隔开。实验中，他们控制并研究了超导体中所有带电粒子像单个粒子一样协同行为、填满整个电路的现象。

这个类粒子系统会处于无电压却有电流流动的状态，即因能量不足无法逃逸。但实验里，系统通过量子隧穿逃逸零电压状态，展现出量子特性并产生电压，此现象被称为宏观量子隧穿。同时，该系统是量子化的，只能以特定量值吸收或释放能量，比如向零电压状态下的系统注入不同波长微波，部分被吸收后系统跃迁到更高能级，且包含更多能量时零电压状态持续时间更短。

科学背景与突破

量子力学描述单个粒子尺度显著现象，被称为微观现象，与宏观现象形成对比，如日常球体不呈现量子力学效应，而微观世界单个粒子可能隧穿势垒。单个粒子隧穿能力早为人知，如 1928 年乔治・伽莫夫发现某些重原子核特定衰变原因是量子隧穿。

物理学家进而思考多粒子隧穿现象，从极低温下材料特殊现象找到研究途径。普通导电材料中电流靠自由电子流动，而某些材料中电子形成库珀对，使材料成为超导体，库珀对行为与普通电子不同，可作为一个整体，由一个波函数描述，这就是获奖者实验中发挥核心作用的集体状态。

将两个超导体用薄绝缘层连接形成约瑟夫森结，它能产生无电阻电流，且其构造为探索量子物理基本原理提供工具，安东尼・莱格特关于约瑟夫森结宏观量子隧穿的理论工作启发了新型实验。

研究团队协作

约翰・克拉克 1968 年在剑桥大学获博士学位后到加州大学伯克利分校任教，组建团队研究超导体和约瑟夫森结相关物理现象。20 世纪 80 年代中期，米歇尔・德沃雷获博士学位后加入担任博士后，团队还有博士生约翰・马丁尼斯。他们为使实验免受干扰，投入大量精力进行实验设计与屏蔽，成功改进并测量电路性质，通过向约瑟夫森结输入微弱电流、测量电压，研究系统隧穿产生电压的时间，以大量测量和绘图读取零电压状态持续时间。

成果意义：推动量子技术发展

• 理论与理解层面：以往宏观尺度量子效应多由大量微观单元组合引发宏观现象，而本次实验从本身具有宏观特性的量子态直接产生可测量宏观电压效应。理论物理学家认为其构建的宏观量子系统类似“薛定谔的猫”思想实验，但实验证明存在大量粒子宏观现象，集体行为符合量子力学预测，为理解微观粒子世界现象的实验开辟新前景，可视为人造量子态基础构件，助力模拟其他量子系统。
• 实践与应用层面：马丁尼斯实施的量子计算机实验运用了相关技术，他利用能量量子化现象，将具有量子化状态的电路作为信息承载单元（量子比特），以最低能态和第一激发态分别代表“0”和“1”状态。超导量子电路技术是构建未来量子计算机的重要探索路径之一，这表明本次获奖成果为超导量子计算机的发展铺平了道路，也为量子密码学、量子传感器等其他下一代量子技术领域提供了可能。

今年诺贝尔物理学奖获奖者的研究成果，在理论和实践上都具有重大意义，不仅加深了人类对量子力学的理解，更为量子技术的发展奠定了坚实基础，推动量子计算机等前沿技术迈向新的阶段。