量子电路突破荣获诺贝尔物理学奖

据央视新闻消息，当地时间10月7日，瑞典皇家科学院决定将2025年诺贝尔物理学奖授予科学家约翰·克拉克、麦克·H·德沃雷特、约翰·M·马蒂尼，以表彰他们“发现电路中的宏观量子力学隧道效应和能量量子化”。获奖者将平分1100万瑞典克朗（约合836万元人民币）奖金。

据了解，约翰·克拉克出生于英国剑桥，在剑桥大学获得博士学位；马 马蒂尼 出生于美国，在加州大学伯克利分校获得博士学位； 德沃雷特 出生于法国巴黎，在巴黎第十一大学（现巴黎萨克雷大学）获得博士学位。

三人设计了实验，实验中使用了由绝缘层隔开的“约瑟夫森结”超导电路。超导体是一种在特定温度下电阻消失的材料。他们证实，穿过超导体的带电粒子的行为类似于填充整个电路的“单个粒子”，并表现出量子隧穿效应，穿过绝缘层移动到另一侧。此外，他们还观察到了能量量子化，即电路只吸收或释放特定数量的能量。

诺贝尔委员会表示：“当今使用的所有先进技术都依赖于量子力学，包括手机、相机……以及光纤电缆。”

“毫不夸张地说，这是我一生中的一大惊喜，”出生于英国剑桥、现就职于加州大学伯克利分校的约翰·克拉克教授说道。“这将推动量子计算机的发展。很多人都在研究量子计算，我们的发现在很多方面都是量子计算的基础，”克拉克教授在得知获奖消息后不久在新闻发布会上通过电话表示。

他似乎也很困惑，为什么自己四十年前完成的研究竟然能获得科学界最负盛名的奖项。

“我完全惊呆了。当时我们根本没有意识到这可能会成为诺贝尔奖的依据，”他说。

量子力学与微观世界中微小物体的行为有关，它指的是电子等粒子在亚原子世界中的行为。克拉克教授和他的团队研究了这些粒子如何打破规则，例如穿越传统物理学认为不可能的能量屏障 - 这被称为“隧穿”。

量子隧穿效应是一种量子力学现象，电子或原子核等粒子会以概率方式突破它们在传统意义上无法逾越的能量壁垒。这种现象由粒子的波动性所致，常见于恒星核聚变等自然过程、闪存等技术以及扫描隧道显微镜 (STM) 等先进工具中。

利用量子“隧穿”(tunnelling)，电子设法突破能量屏障。

他们的工作证明，隧穿效应不仅可以在量子世界中重现，而且可以在“现实世界”的电路中重现。科学家们利用这些知识来制造现代量子芯片。

伦敦帝国理工学院物理系副教务长莱斯利·科恩教授说：“这确实是个好消息，而且是当之无愧的。”

“他们的工作为超导量子比特奠定了基础——超导量子比特是量子技术的主要硬件技术之一。”

诺贝尔委员会表示，“他们的研究为未来的量子技术奠定了基础”，并补充道，“他们为量子计算机、量子密码学和量子传感器等下一代创新奠定了基础。”

过去5年的诺贝尔物理学奖获得者：

2024年诺贝尔物理学奖授予美国科学家约翰·霍普菲尔德和英国裔加拿大科学家杰弗里·欣顿，以表彰他们在使用人工神经网络的机器学习方面的基础性发现和发明。

2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶，以表彰他们将产生阿秒光脉冲的实验方法用于研究物质的电子动力学。

2022年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽、奥地利科学家安东·蔡林格，以表彰他们为纠缠光子实验、证明违反贝尔不等式和开创量子信息科学所作出的贡献。

2021年诺贝尔物理学奖授予日裔美籍科学家真锅淑郎和德国科学家克劳斯·阿塞尔曼，以表彰他们“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，另一半授予意大利科学家乔治·帕里西，表彰他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年诺贝尔物理学奖一半授予罗杰·彭罗斯，另一半共同授予莱因哈德·根泽尔和安德烈亚·盖兹。罗杰·彭罗斯因发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测而获奖，莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹则因在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体而获奖。