量子力学百年之际诺奖揭晓，三位科学家探索成果为量子计算铺就新路
2025年诺贝尔物理学奖揭晓，三位来自美国的科学家——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，因在宏观量子效应领域的突破性研究共同获奖。他们的发现不仅验证了量子现象在宏观尺度上的存在，更为量子计算这一新兴领域奠定了实验基础。
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今年恰逢量子力学先驱海森堡提出矩阵力学100周年，联合国将2025年定为国际量子科学技术年。学界此前普遍预测，诺奖将聚焦量子领域，而最终结果印证了这一判断。三位科学家的研究首次证明，量子隧穿效应和能量量子化并非仅存在于微观粒子层面，而是可以通过特殊设计的电路在毫米级器件中观测到。
复旦大学物理学系教授李晓鹏解释，传统电学描述电流与电压、电阻等参数的关系，而量子力学关注的是单个粒子的奇异行为。例如，量子隧穿效应中，粒子可以“穿越”障碍物而非反弹。三位科学家通过超导电路实验，成功在宏观尺度上复现了这一现象。他们构建的电路由两个超导体组成，系统通过隧穿逃离零电压状态并产生电压，同时显示出能量只能以特定“台阶”形式吸收或发射的特性。
湖南师范大学超导量子器件专家彭智慧指出，这项研究是量子比特技术的先驱性工作。宏观量子效应的实验验证，为后续超导量子比特和量子计算的发展铺平了道路。诺贝尔奖的授予，被视为对利用超导器件验证量子力学基本原理的认可。
复旦大学物理系教授黄吉平将这一成果形容为“将量子世界的幽灵行为带到肉眼可见的尺度”。通过特殊设计的超导电路，科学家首次让宏观器件清晰呈现出能量量子化和隧穿效应。这些电路并非普通家用电路，而是基于超导材料的微观或介观结构，核心元件包括LC振荡回路和约瑟夫森结。
该研究的影响远超物理学基础领域。彭智慧介绍，除量子计算外，其成果还可应用于量子传感，例如探测传统手段难以捕捉的微波光子。其他潜在方向包括量子增强雷达、暗物质候选粒子探测等前沿领域。
上海交通大学助理研究员应江华认为，今年的诺奖不仅奖励科学发现，更间接肯定了其工程化应用。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，被视为该领域的“开端性人物”。德沃雷特则拥有一家超导量子计算创业公司。三位科学家的研究证明，宏观电路可作为操控量子效应的稳定载体，为工程师提供了运用微电子技术设计量子设备的新路径。
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，中国在该领域与美国并驾齐驱，但在基础研究和人才积累上仍有差距。中国科学院物理研究所和南京大学是国内最早开展相关研究的机构。目前，由潘建伟院士领导、朱晓波教授负责的团队，与浙江大学王浩华教授团队均处于国际先进水平，尤其在超导量子计算实验方面与谷歌团队竞争激烈。
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