不过，业内一些讨论认为，今年诺奖似乎"发早了"，因为实用超导量子计算机仍未落地；还有一些声音认为获奖人选不合理。本文作者将从 量子效应在宏观尺度的探索与发现，谈本次诺奖成就的意义并回答上述疑问。 本文来自微信公众号：返朴 （ID：fanpu2019），作者：无邪，头图来自：视觉中国 自量子力学诞生以来，关于量子世界与经典世界的边界在哪就一直是一个充满争议的问题。著名的"薛定谔的猫"思想实验，就是在思考这个 问题时提出来的。薛定谔的猫是一个比较极端的案例，它直接将量子力学的基本假定——波函数应用到日常生活可见可闻的宏观尺度，并得 出一个非常诡异的结论：在那个神秘的盒子里，有那么一只既死又活的猫！尽管物理上允许我们构造出一个测量，它的本征态是死猫与活猫 的叠加态，但现实世界似乎是存在禁忌的——我们只可能要么看到死猫，要么看到活猫。 很明显，将量子力学效应直接一步到位拉到宏观尺度会产生非常反直觉、违背常识的问题，所以接下来的问题是：如果我们确定量子力学无 法应用于我们日常可见的宏观尺度，那它到底在什么尺度上会失效呢？有这样一个明确的边界吗？有的话它在哪？如果没有，这中间又是如 何过渡的呢？ 物理学家一直在追寻这些问 ...

量子力学描述的是什么？是在单个粒子尺度上才"显现"的物理特性，被称为"微观"现象。这与"宏观"现 象形成对比。 例如，一个日常生活中常见的球，其组成分子数是天文数字，但它不会表现出任何量子力学效应。每次 把球扔向墙壁，它都会反弹回来。然而在微观世界中，一个单独的粒子有时却能直接穿过类似墙的障 碍，出现在"墙"的另一侧——这种现象被称为"隧穿"。 今年的诺贝尔物理学奖，表彰了那些在宏观尺度上成功观测到量子隧穿现象的实验。1984年和1985年， 约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马蒂尼斯3位科学家构建了一个包含两个超导体的电路，证明了可 以控制并研究一种现象：超导体中的所有带电粒子协同运动，表现得就像一个单一的粒子，充满整个电 路。该系统通过量子隧穿效应，向人们展现出了量子特性。 寻找统一行动的"库珀对" 3位获奖者借助了数十年来发展起来的理论概念和实验工具，试图研究一种能让多个粒子同时参与的隧 穿现象。一个重要方向就是材料在极低温下出现的特殊现象。 在普通导电材料中，电流的产生是由于存在可在整个材料中自由移动的电子。但在另一些材料中，穿过 导体的独立电子会变得有序，形成一种协调一致的"舞蹈"，毫无阻力地流动 ...

新华社斯德哥尔摩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 新华社记者郭爽 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。 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 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 ...

获奖者与核心成就 - 2025年诺贝尔物理学奖授予美国加州大学的John Clarke、耶鲁大学的Michel H. Devoret和加州大学的John M. Martinis [2] - 获奖理由是“发现电路中的宏观量子力学隧穿和能量量子化” [2] - 三位获奖者在20世纪80年代于加州大学伯克利分校进行了一系列开创性实验 [5][11] 实验核心发现 - 实验证明量子世界的特性可以在宏观尺度的超导电路中具体化，该系统能从一种状态隧穿到另一种状态，并吸收释放特定大小的能量 [4][12] - 实验构建了包含两个超导体的电路，中间由绝缘层隔开，展示了超导体中所有带电粒子表现出一致行为，如同单个粒子 [11][12] - 该系统能利用隧穿效应从零电压状态逃脱并产生电压，从而展现量子特性，并证明其能量是量子化的 [12][28] 技术原理与基础 - 实验基于约瑟夫森结，该元件由两个超导体通过薄绝缘层连接而成，为探索量子物理提供了新工具 [19] - 超导体中的电子结成库珀对，其行为可被描述为一个统一的量子力学系统或波函数 [17] - 宏观量子隧穿效应的测量方式类似于原子核半衰期的统计测量，通过多次测量系统隧穿出零电压状态所需的时间来实现 [26][28] 理论与科学意义 - 该实验从本身就是宏观的状态中，以大量粒子的共同波函数形式，创造了一种宏观的可测量电压效应 [32] - 理论家将获奖者的宏观量子体系与薛定谔的猫思想实验相比较，认为其展示了大量粒子的共同行为符合量子力学预测 [32][33] - 该宏观量子态可被视为一种大规模的“人造原子”，为模拟其他量子系统和理解它们提供了新的实验潜力 [35] 应用与产业前景 - 诺贝尔奖颁奖机构指出该成果为开发下一代量子技术提供了机会，包括量子密码学、量子计算机和量子传感器 [5] - 超导电路是未来量子计算机构建中探索的技术之一，John Martinis后续利用能量量子化原理进行了量子计算机实验 [35] - 该成果不仅为物理实验室带来实际效益，也为从理论上理解物理世界提供了新的信息 [37]