量子力学百年之际诺奖揭晓：三位科学家用宏观实验叩开量子计算大门

2025年10月7日，诺贝尔物理学奖揭晓，来自美国的三位科学家——加州大学伯克利分校的约翰·克拉克、耶鲁大学的米歇尔·H·德沃雷特以及加州大学圣巴巴拉分校的约翰·M·马蒂尼斯，凭借“在电路中揭示宏观量子力学隧穿与能量量子化现象”的突破性成果，共同摘得桂冠。这一奖项的颁发，恰逢量子力学重要理论矩阵力学创立100周年，联合国也将今年定为国际量子科学技术年，学界此前便广泛预测诺奖将聚焦量子领域。

三位科学家的研究核心在于，通过实验证明量子世界的奇异特性并非仅存在于微观原子层面，而是能在毫米级宏观器件中观测到。复旦大学物理学系教授李晓鹏解释，经典电学描述电流、电压等宏观物理量的关系，而量子力学聚焦单个粒子的微观行为，如量子隧穿效应——粒子可“穿越”障碍物而非反弹。此次诺奖表彰的正是科学家在宏观尺度验证量子隧穿的实验。

1984年至1985年，克拉克、德沃雷特（时为博士后）与马蒂尼斯（博士研究生）在加州大学伯克利分校开展了一系列实验。他们利用超导体（无电阻导电材料）构建电路，发现系统能通过隧穿逃离零电压状态并产生电压，同时仅以特定能量值吸收或发射能量，展现出量子化特性。湖南师范大学超导量子器件专家彭智慧指出，这一研究是量子比特领域的先驱性工作，为超导量子计算奠定了基础，诺贝尔委员会此次授奖是对利用超导器件验证量子力学原理的认可。

复旦大学物理系教授黄吉平比喻，三位科学家的工作如同将“幽灵般”的量子行为从原子尺度扩展至肉眼可见的宏观世界。他们通过特殊设计的超导电路，首次在宏观层面清晰呈现“能量台阶”（能量量子化）与“隔空穿越”效应。这一成果不仅震撼物理学基础，更直接推动了量子计算机的发展，证明量子世界可通过精密设计的电路（如超导电路中的LC振荡回路与约瑟夫森结）被操控。

该研究的应用前景远超物理学范畴。彭智慧介绍，除量子计算外，其成果还可用于量子传感领域，例如探测传统手段难以捕捉的极低能量微波光子；潜在应用还包括量子增强雷达、暗物质候选粒子（如轴子、暗光子）探测等前沿方向。上海交通大学李政道研究所助理研究员应江华认为，今年诺奖的特殊性在于，不仅奖励基础研究，更间接肯定了成果的工程化与应用落地——马蒂尼斯作为谷歌超导计算团队前负责人，曾证明量子计算的优越性，被视为“超导量子计算工程化的标志性人物”；德沃雷特则创立了超导量子计算创业公司。

量子计算已成为全球技术竞争最激烈的领域之一。李晓鹏指出，当前多国均在发展量子计算产业，中国与美国的发展水平相当，但在基础科学研究与人才积累上仍有差距。国内最早开展相关研究的单位包括中国科学院物理研究所与南京大学，其中中国科学院院士潘建伟团队、朱晓波团队（与浙江大学王浩华团队合作）已达到国际先进水平，尤其在超导量子计算实验研究方面与谷歌团队竞争激烈。