今日霍州斯德哥尔摩10月7日电 科普｜让量子现象“肉眼可见”——2025年诺贝尔物理学奖成果解读
今日霍州记者郭爽 张兆卿 朱昊晨
量子力学诞生百年之际，瑞典皇家科学院7日将2025年诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷和约翰·M·马蒂尼斯三名量子物理学家。正是他们在前人百年探索基础上的开创性发现，让我们“看见”曾只存在于微观领域的量子现象，也为新一代量子技术的发展奠定了坚实基础。
系列开创实验
量子力学以“怪诞”和“反直觉”的现象而闻名。比如，在日常生活中，当我们把球扔向墙壁时，每次都会反弹回来。然而在微观世界，单个粒子却会“穿墙而过”，这种量子力学现象被称为量子隧穿效应。
上世纪80年代，三名获奖科学家在加利福尼亚大学伯克利分校进行了一系列开创性实验。他们构建了一个包括两个超导体的电路，并用一层完全不导电的薄材料将这些超导体分开。在这项实验中，他们展示了一种现象：超导体中所有带电粒子都可以表现出“整齐划一”的行为，就好像它们是充满整个电路的单个粒子一样。
这个系统起初被“困在”一个没有电压、但有电流在超导体中流动的状态中。在实验中，该系统展现出量子特性，通过隧穿效应成功“逃离”零电压状态，并产生出一个可测量的宏观效应——可观测的电压。这意味着他们实现了宏观量子隧穿。实验还表明，该系统是量子化的，即只能吸收或释放特定能级的能量，与量子力学的预测相符。
有物理学家用量子力学中著名的“薛定谔的猫”作类比，认为本次诺奖的成果把原本的思想实验变成了可放在手掌中看得见的电路，虽然这个电路系统和一只猫还有很大差别，但在物理学家眼中它们在本质上很相似。
基于百年探索
诞生于1925年的量子力学，在一个世纪的发展中成为现代物理学的重要基础。本次诺奖成果也基于百年来相关领域科学家孜孜不倦的探索。
1928年，物理学家乔治·伽莫夫通过对重原子核的α衰变进行理论分析，首次提出，量子隧穿效应能够解释该衰变过程，从而奠定了隧穿理论在核物理中的应用基础。随后，物理学家很快开始研究多个粒子同时参与的隧穿现象，他们把目光投向了超导。
许多耀眼的名字出现在这条研究道路上。在超导材料中，电子可以形成“同步舞蹈”的“库珀对”，这个名字来源于因在超导领域研究贡献而获1972年诺贝尔物理学奖的莱昂·库珀。如果两个超导体之间用一层薄的绝缘层相隔连接，就会形成“约瑟夫森结”，这个名字来源于因相关研究而获1973年诺贝尔物理学奖的布赖恩·约瑟夫森。
今年获奖的三名量子物理学家正是在这些先行者的成果基础上，通过“约瑟夫森结”实验首次证实，当超导体中的“库珀对”集体呈现量子态时，整个电路能像单个粒子一样实现隧穿跃迁，打破了量子效应仅存在于微观世界中的传统认知。
通向新的世界
诺贝尔物理学委员会主席奥勒·埃里克松当天表示，百年来量子力学不断带来新的惊喜，它大有用处，为数字技术提供了基础。比如计算机『芯片』中的微晶体管，就是我们身边成熟的量子技术实际应用的一个例子。
诺贝尔物理学委员会表示，今年的诺贝尔物理学奖成果为开发下一代量子技术提供了机遇，包括量子密码学、量子计算机和量子传感器。
诺贝尔物理学委员会成员埃娃·奥尔松当天接受今日霍州记者采访时说，今年的获奖成就打开了“通向另一个世界”的大门，使人们能够在更大尺度上研究量子力学世界。当前多国都在开展量子力学相关研究，如量子计算机等，相信未来这一领域会带给我们更多惊喜。
奥尔松强调，要推动相关领域的发展，国际合作至关重要，很多重大成果正是通过国际合作实现。她表示，自己在研究中就与中国、欧洲、韩国、日本等多国同行合作，这些合作让研究更具有深度和多样性。
“科学属于全人类，”她说，在量子科学领域，“国际合作是寻找未来解决方案的关键，这也是诺贝尔遗嘱的精神”。
