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徐伟忠1周前
让量子“穿墙术”显形:2025诺贝尔物理学奖的宏观突破 让量子“穿墙术”显形:2025诺贝尔物理学奖的宏观突破 2025年10月7日,量子力学诞生百年之际,瑞典皇家科学院将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·马蒂尼斯三位物理学家,以表彰他们“在电路中实现宏观量子力学隧穿效应和能量量子化”的开创性贡献 。这一发现打破了“量子奇观仅存于微观世界”的认知,为量子计算机等下一代技术铺平了道路。 在大众印象里,量子效应是电子、质子等微观粒子的“专属魔术”——比如量子隧穿效应,指粒子能像“穿墙”一样越过能量壁垒。但三位科学家的实验证明,这种魔术能在肉眼可见的宏观系统中上演。上世纪80年代,他们在加州大学伯克利分校构建了特殊电路:用一层绝缘层将两个超导体隔开,形成“约瑟夫森结”结构 。 在这个可握在掌心的电路中,奇迹发生了:超导体中的电子形成“同步舞蹈”的“库珀对”,集体展现出量子特性——它们能通过隧穿效应“逃离”零电压状态,产生可测量的电压;同时,整个电路吸收和释放的能量只能是特定数值,完美契合量子力学的“能量量子化”预测。有物理学家类比,这相当于把“薛定谔的猫”这个思想实验,变成了可操作的实体电路 。 这一突破并非空中楼阁。它建立在百年量子探索的基础上:1928年伽莫夫提出隧穿理论,1962年约瑟夫森预言超导结的量子特性,而三位获奖者首次用实验证实,宏观系统也能遵循量子规则 。更关键的是,他们的发现让量子现象从“观测对象”变成“可控工具”——通过电路设计就能调控量子状态,这是实现量子技术应用的核心前提。 如今我们熟知的量子计算突破,都深深植根于这项基础研究。获奖者之一的马蒂尼斯曾领导谷歌团队实现“量子霸权”,而IBM、谷歌等公司的超导量子比特,本质上都是对他们当年实验装置的优化升级。除了量子计算,该成果还为量子密码学、量子传感器等领域提供了底层支撑,未来有望在医疗成像、资源勘探等场景发挥作用 。 从微观粒子的诡异行为,到宏观电路的可控量子态,三位科学家用实验架起了理论与技术的桥梁。正如诺奖评委会所言,他们打开了“通向更大尺度量子世界的大门”。在量子力学诞生百年的节点上,这项获奖成果既回望了科学史上的辉煌,更指向了人类技术文明的未来方向。#徐伟忠
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