导读：

      “三位获奖人通过一系列实验证明，量子世界的奇异特性可以在一个大到可以握在手中的系统中具体化。”

赛先生 | 撰文

刚刚，2025年诺贝尔物理学奖公布，三位量子物理学家约翰·克拉克（John Clarke）、米歇尔·德沃雷（Michel H. Devoret）与约翰·马丁尼斯（John Martinis），因其“在电路中发现了宏观量子隧穿效应和能级量子化”而获奖。

约翰·克拉克是英国物理学家，加州大学伯克利分校实验物理学教授，现年83岁。

米歇尔·德沃雷是法国物理学家，现为耶鲁大学应用物理和物理学教授，现年72岁。

约翰·马蒂尼斯是美国物理学家，现任加州大学圣巴巴拉分校 物理学教授，现年67岁。他曾担任谷歌量子计算团队的负责人。

根据诺奖官网介绍，三位获奖人通过一系列实验证明，量子世界的奇异特性可以在一个大到可以握在手中的系统中具体化。

物理学中的一个重大问题是，能够展示量子力学效应的系统的最大规模是多少。

量子力学允许粒子通过一种叫做隧穿的过程穿越障碍。一旦涉及到大量粒子，量子效应通常会变得不显著。然而，诺贝尔奖得主们的实验展示了量子力学的特性可以在宏观尺度上得以实现。

1984年和1985年，在加州大学伯克利分校的实验室，约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马丁尼斯进行了一系列实验，使用一个由超导体组成的电子电路，超导体是可以无电阻传导电流的元件。

当时，德沃雷是克拉克实验室的博士后，而马丁尼斯是一名博士生。

在电路中，超导元件之间被一层薄薄的非导电材料隔开，这种结构被称为约瑟夫森结。

通过精细调节并测量电路的各种性质，他们能够控制并探索通过电流时产生的现象。通过这些实验，移动通过超导体的带电粒子形成了一个系统，这个系统表现得就像是一个充满整个电路的单一粒子。

这个宏观粒子般的系统最初处于一种电流流动但没有电压的状态。系统被困在这种状态中，就像被一个无法逾越的障碍物所限制。在实验中，系统通过隧穿效应突破零电压状态，展示了其量子特性。通过电压的出现，实验人员能够检测到系统的状态变化。

他们的研究还展示了该系统按照量子力学的预测行为——它是量子化的，意味着它只吸收或发出特定量的能量。

值得注意的是，这三位获奖人中，约翰·克拉克与米歇尔·德沃雷均为2021年墨子量子奖的获得者。他们二人与日本科学家中村泰信（Yasunobu Nakamura）因为“开创了超导量子电路和量子比特中一系列早期关键技术”共同获得2021年度的“墨子量子奖”。

墨子量子奖由中国的“墨子量子科技基金会”设立，旨在表彰国际上在量子通信、量子模拟、量子计算和量子精密测量等领域做出杰出贡献的科学家。此前，2019年墨子量子奖获奖人安东·蔡林格已经获得2022年诺贝尔物理学奖，亦有多位获奖人获得科学突破奖。

1985年，德沃雷和克拉克、约翰·马丁尼斯共同证明了约瑟夫森结电路中能级的量子化。之后，他回到法国，在萨克雷原子能委员会 (CEA) 从事量子力学电子学方面的研究。2002年加入耶鲁大学。

2023年在合肥参加墨子量子奖颁奖典礼后，中村泰信回忆说，约翰·克拉克与米歇尔·德沃雷在1980年代就开始研究宏观系统中的量子力学了，是这一领域的伟大人物，而且总是非常友善，乐于助人。

中村泰信的主要研究方向是超导电路和混合量子系统中的量子电子学，特别关注电子和光学器件中量子态的操控和测量。1999年，他和合作者演示了固态电子器件中量子比特的相干控制。

中村泰信直言，他从约翰·克拉克与米歇尔·德沃雷的工作中学到很多。“他们对量子力学感兴趣，而不是量子计算，因为那时还没有量子计算……后来，他们也开始研究单电子晶体管，这是我在 NEC 刚开始时做的工作。当我刚到NEC 工作时，基本上周围没有人熟悉那个领域。所以，我不得不从国外大学和研究机构的论文和博士论文中学习。米歇尔·德沃雷的团队是世界顶级团队之一。所以，我从他们的出版物中学到了很多东西。”

米歇尔·德沃雷在获得墨子量子奖时，表示预测未来的技术比预测天气难得多。图源：墨子量子基金会

今年是量子力学100周年，全世界各地都开展了一系列庆祝活动。

“能够庆祝百年历史的量子力学不断带来新的惊喜，真是太好了。量子力学也极为有用，因为它是所有数字技术的基础。”诺贝尔物理学奖委员会主席奥勒·埃里克松（ Olle Eriksson）表示。

参考资料：
 

1.https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2025/popular-information/

2. 中村泰信：我没什么野心，除了量子计算