2025年诺贝尔物理学奖
获奖者
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量子效应走向宏观世界
瑞典皇家科学院将2025年诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马丁尼斯，表彰他们通过一系列实验证明：量子世界的奇异特性可以在手掌大小的宏观系统中呈现。他们的超导电路系统能够像穿墙术般实现量子隧穿，并精确展示了能量吸收与释放的量子化特征。
突破性实验
© 约翰·雅内斯塔德/瑞典皇家科学院
量子力学通常描述微观粒子尺度的现象。但三位获奖者在1984-1985年于加州大学伯克利分校设计了一个精巧实验：他们将两个超导体（零电阻材料）用纳米级绝缘层隔开，构成"约瑟夫森结"。实验中，超导体中数十亿电子对竟然像单一粒子般协同运动，展现出宏观量子隧穿效应——电流突然突破绝缘屏障产生电压，就像足球穿过墙壁般不可思议。
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日常世界中，投向墙壁的球必定弹回（左）；量子世界里，"球"可能隧穿过墙（右）。©瑞典皇家科学院
量子隧穿的奥秘
这项研究建立在前人百年探索基础上：
- 1928年：乔治·伽莫夫发现α衰变就是量子隧穿现象
- 1972年：巴丁-库珀-施里弗提出超导理论（获诺贝尔奖）
- 1973年：约瑟夫森预测超导结量子效应（获诺贝尔奖）
图4
原子核碎片通过隧穿逃离束缚。©瑞典皇家科学院
实验精粹
研究团队打造了厘米级超导芯片（图6），通过精密测量发现：
- 宏观隧穿：系统从零电压态"跃迁"出时，数十亿电子对像单一粒子般集体行动
- 能量量子化：系统只吸收特定能量微波，证实宏观尺度也存在量子阶梯
宏观量子系统示意图。©瑞典皇家科学院
科学意义与应用
这项研究架起了微观量子世界与宏观经典世界的桥梁：
- 理论层面：实现了"薛定谔猫"思想实验的近似版本
- 技术应用：为量子计算机奠定基础（马丁尼斯后来基于此研发出超导量子比特）
- 新研究方向：创建可操控的"人工原子"，用于模拟复杂量子系统
获奖者简介
约翰·克拉克
1942年生于英国剑桥，1968年获剑桥大学博士，加州大学伯克利分校教授。
米歇尔·德沃雷
1953年生于法国巴黎，1982年获巴黎第十一大学博士，现任耶鲁大学和加州大学圣塔芭芭拉分校教授。
约翰·马丁尼斯
1958年生，1987年获加州大学伯克利分校博士，现任加州大学圣塔芭芭拉分校教授。
获奖理由
"发现电路中的宏观量子隧穿与能量量子化现象"
