致敬量子百年荣光！诺奖得主破译宏观量子密码，解锁量子计算新纪元

2025年，量子力学迎来创立百年的重要时刻。在这个具有特殊意义的年份里，诺贝尔物理学奖将荣誉授予三位科学家——约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷和约翰·M·马丁尼斯，以表彰他们在量子领域做出的突破性贡献。获奖理由为“发现宏观量子力学隧穿效应及电路中的能量量子化”，这一成果被视为对量子力学百年发展的致敬。

当得知获奖消息时，克拉克难掩震惊。他表示，量子领域仍存在大量未知等待探索，而他们的研究只是打开了其中一扇门。这一反应折射出科学界对量子技术潜力的普遍认知：尽管基础理论已建立百年，但实际应用与深层机制的研究仍处在起步阶段。

三位科学家的核心突破在于将量子特性从微观世界延伸至宏观尺度。他们基于超导约瑟夫森结展开研究，通过精密设计电路结构，使超导电子对（库珀对）能够以量子隧穿形式穿越势垒。在极低温实验环境下，团队首次在宏观超导电路中直接观测到“宏观量子隧穿”现象——无数库珀对集体完成的量子跃迁，以及“能级量子化”特征——系统能量呈现离散化分布而非连续变化。

中国科学院专家尤立星用通俗比喻解释这一发现：“传统认知中，人无法穿墙而过，但量子世界的粒子却存在特定概率实现‘穿墙’。三位科学家的实验证明，在人工构建的宏观超导体系中，这种‘量子隧穿’效应同样存在。”他进一步说明，能量量子化表现为系统能量像阶梯般分级，只能按特定份额吸收或释放能量，这种特性为量子计算奠定了物理基础。

追溯研究历程，上世纪80年代，三位科学家构建了由两块超导体夹持极薄绝缘层的约瑟夫森结电路。当向系统输入微弱电流时，电压变化呈现异常：本应持续为零的电压突然跳动，仿佛系统“穿越”了无形能量屏障；能量变化更呈现离散跳跃特征，而非传统认知中的连续流动。这一实验结果颠覆了“量子现象仅存在于微观层面”的固有认知，证明宏观系统在特定条件下仍能保持量子特性。

这项突破直接推动了量子科技产业的革命。约翰·马丁尼斯后续将具有量子化能级的超导电路发展为量子比特，开创了量子计算的新范式。在量子计算机中，单个比特可同时处于“0”与“1”的叠加态，这种特性正源自三位科学家早期实验揭示的物理机制。目前全球领先的量子计算研究，均建立在他们的理论框架之上。

事实上，三位科学家的学术影响力早已获得国际认可。2024年，他们与日本学者中村泰信共同获得“墨子量子奖”，表彰其在超导量子电路和量子比特关键技术领域的开创性工作。此次诺奖的授予，可视为国际科学界对其贡献的进一步肯定。

尽管量子技术已通过晶体管、激光器等形式渗透至日常生活，但专家提醒公众需理性看待市场炒作。尤立星指出，当前面向大众的“量子”产品大多缺乏科学依据，真正惠及民用的量子信息技术仍需时间发展。他同时提到，2024年诺奖刚授予量子纠缠领域，2025年再次聚焦量子科技，或许印证了该领域的战略重要性——量子工程时代正在到来。

从验证百年前的理论悖论，到开辟全新的工程领域，2025年诺贝尔物理学奖的授予具有双重意义：既是对量子力学百年发展的历史总结，也标志着这项“微观魔法”正式成为数字技术的基石。当量子特性突破尺度限制，人类对物质世界的认知与操控能力，正站在新的起点。

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