三位量子力学学者折桂2025年诺贝尔物理学奖

2025年诺贝尔物理学奖得主

导读

北京时间10月7日，2025年诺贝尔物理学奖在瑞典皇家科学院揭晓。

今年该奖项授予3位量子力学方面的专家，表彰他们 “ 发现宏观量子力学隧穿效应及电路中的能量量子化现象” 。

到底他们在这一领域做出了哪些开创性工作？

常春藤、林岩 | 整理

10月7日，2025年诺贝尔物理学奖在瑞典皇家科学院揭晓。今年的物理学奖颁给了3位学者，表彰他们发现宏观量子力学隧穿效应及电路中的能量量子化现象。

获奖者介绍：

John Clarke 加州大学伯克利分校，美国

Michel H. Devoret 耶鲁大学，纽黑文市，康涅狄格州 & 加州大学圣巴巴拉分校，美国

John M. Martinis 加州大学圣巴巴拉分校，美国

获奖理由：

表彰他们在“ 因发现宏观量子力学隧穿效应及电路中的能量量子化现象”。

2025物理学奖解读

物理学中的一个重大问题是：能够展现量子力学效应的系统最大尺寸是多少。今年的诺贝尔物理学奖得主们利用一个电路进行了实验，在该电路中，他们证明了在足够大、可用手持握的系统中，量子力学隧穿效应及量子化能级均能得以体现。

量子力学允许粒子通过一种称为隧穿的过程直接穿过势垒。一旦涉及大量粒子，量子力学效应通常就变得微不足道了。而获奖者们的实验表明，量子力学特性可在宏观尺度上得以具体体现。

1984年和1985年，John Clarke、Michel H. Devoret和John M. Martinis使用由超导体（一种能够无电阻导电的元件）构成的电子电路进行了一系列实验。在该电路中，超导元件被一层薄薄的非导电材料隔开，这种设置被称为约瑟夫森结。通过完善并测量其电路的各种特性，他们得以控制并探索当电流通过电路时所产生的现象。这些通过超导体移动的带电粒子共同构成了一个系统，其行为如同一个填满整个电路的单一粒子。

这一宏观类粒子系统最初处于一种无电压但有电流流动的状态。系统被困在这一状态中，仿佛被一道无法跨越的屏障所阻挡。在实验中，系统通过隧穿效应成功逃离了零电压状态，从而展现了其量子特性。系统状态的改变通过电压的出现而被检测到。

获奖者们还证明了该系统的行为符合量子力学的预测——它是量子化的，即仅吸收或释放特定量的能量。

“能够见证已有百年历史的量子力学不断带来新的惊喜，真是令人欣喜。量子力学作为所有数字技术的基础，其作用也是巨大的，”诺贝尔物理学委员会主席Olle Eriksson说道。

计算机微芯片中的晶体管就是我们周围已确立的量子技术的一个例子。 今年的诺贝尔物理学奖为开发下一代量子技术，包括量子密码学、量子计算机和量子传感器，提供了机遇。

01

近5年获奖情况回顾

· 2024年

2024年诺贝尔物理学奖得主

获奖者介绍：

John J. Hopfield 普林斯顿大学，新泽西州，美国

Geoffrey E. Hinton 多伦多大学，加拿大

获奖理由：

表彰他们在“ 因在利用人工神经网络实现机器学习方面的基础性发现和发明而获奖”。

· 2023年

Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L’Huillier

获奖者介绍：

皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）：俄亥俄州立大学；

弗伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）：马普量子光学研究所和慕尼黑的路德维希-马克西米利安大学

安妮·吕伊耶（Anne L’Huillier）：瑞典隆德大学

获奖理由：

表彰他们“用于生成阿秒光脉冲以研究物质中电子动态的实验方法”领域的贡献。

· 2022年

阿斯匹克特（Syukuro Manabe）、约翰·克劳塞（Klaus Hasselmann）和安东·蔡林格（Giorgio Parisi）

获奖者介绍：

法国巴黎萨克雷大学、巴黎综合理工学院阿兰·阿斯匹克特（Alain Aspect）、J.F.克劳塞协会约翰·克劳塞（John F. Clauser）以及奥地利维也纳大学安东·蔡林格（Anton Zeilinger）。

获奖理由：

表彰他们“用纠缠光子的实验，建立对贝尔不等式的违反和开创量子信息科学”。

· 2021年

真锅淑郎（Syukuro Manabe）、克劳斯·阿塞尔曼（Klaus Hasselmann）和乔治·帕里西（Giorgio Parisi）

获奖者介绍：

一半授予真锅淑郎（Syukuro Manabe）和克劳斯·阿塞尔曼（Klaus Hasselmann）；另一半授予乔治·帕里西（Giorgio Parisi）。

获奖理由：

表彰真锅淑郎和克劳斯·阿塞尔曼“对地球气候的物理建模、量化可变性和可靠地预测全球变暖”的贡献，同时表彰乔治·帕里西“发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落之间的相互影响”。

· 2020年

罗杰·彭罗斯 (Roger Penrose)、莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·格兹(Andrea Ghez)

获奖者介绍：

一半授予英国科学家罗杰·彭罗斯 (Roger Penrose)，另一半授予德国科学家莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和美国科学家安德里亚·格兹(Andrea Ghez)。

获奖理由：

表彰他们在“黑洞研究及发现银河系中央的超大质量天体”方面的贡献。

· 2019年

詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles）、米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）

获奖者介绍：

一半授予了美国物理学家詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles），另一半授予了两位瑞士天体物理学家，曾是师徒的米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）。

获奖理由：

以表彰他们“为理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置所做出的贡献”。

02

诺贝尔物理学奖的设立

1895年11月27日，阿尔弗雷德·诺贝尔签署了他的最后遗嘱和遗嘱，将他最大的财富份额给了一系列奖项，即诺贝尔奖。正如诺贝尔遗嘱中所述，其中一部分献给 “在物理学领域内做出最重要的发现或发明的人”。

自1901年以来，一共颁发了115项诺贝尔物理学奖。该奖项有六年未颁发（1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年），诺贝尔物理学奖已授予218位获奖者，其中约翰·巴丁（John Bardeen）曾两次获奖。

迄今为止，最年轻的诺贝尔物理学奖获得者是劳伦斯·布拉格（Lawrence Bragg），他在1915年与父亲一起获得诺贝尔奖时年仅25岁；最年长的诺贝尔物理学奖获得者是亚瑟·阿什金（Arthur Ashkin），他在2018年获得诺贝尔奖时已经96岁了。

03

物理学奖得主的提名和评选

诺贝尔物理学奖的提名只能通过委员会的邀请获得，被提名人的姓名和有关提名的其他信息要到50年后才能透露。

提名和甄选程序

诺贝尔化学委员会向有能力和资格提名的人发送机密表格。

合格的提名人

根据法规，提交诺贝尔物理学奖提名书的权利应由以下各方享有：

1、瑞典皇家科学院的瑞典和外国成员；

2、诺贝尔物理学委员会成员；

3、诺贝尔物理学奖获得者；

4、瑞典、丹麦、芬兰、冰岛和挪威的大学和技术研究所以及斯德哥尔摩卡罗林斯卡学院化学科学系的常任教授；

5、在科学院选择的至少六所大学或大学学院（通常为数百所大学）中担任相应的教席，以确保在不同国家及其学习席位上的适当分配；

6、学院可能认为合适的其他科学家邀请他们提出建议。

诺贝尔奖获得者的评选

瑞典皇家科学院负责遴选诺贝尔物理学奖获得者。科学院任命诺贝尔物理学委员会，该委员会对被提名者进行筛选，并为最终候选人提出建议。该委员会名义上由五名有投票权的成员组成，但多年来还包括有表决权的兼职成员。

委员会的提案会在学院的物理学专家群体中讨论，他们可能会建议修改或向学院转达不同的提案。最后，在学院的最后一次会议上提出其他建议。原则上可以建议本年度不颁发奖项，但这种选择很少出现。

谁有资格获得诺贝尔物理学奖？

有资格获得物理学奖的候选人是由获得诺贝尔委员会邀请提交姓名以供考虑的合格人士提名的候选人。没有人有提名自己的资格。

参考资料

1.NobelPrize.org

2.The Royal Swedish Academy of Sciences - NobelPrize.org

3.The Nobel Prize in Chemistry 2021 - NobelPrize.org

4.Nomination and selection of physics laureates - NobelPrize.org

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