▶ 金贤敏

　　北京时间10月7日下午，瑞典皇家科学院宣布，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3位科学家，以表彰他们在电路中发现了宏观量子隧穿和能量量子化现象。

　　长久以来，物理学界一直存在一个根本问题：量子力学的规律能否在宏观尺度显现？本次获奖者的突破性发现回答了这个问题，不仅深化了人类对量子世界的理解，更将量子现象从微观观测领域带入可操控的宏观工程系统，使人类对量子的操控完成了从原理验证到工程实现的关键跨越，为量子计算技术革命铺平了道路，掀开了人类未来拥有无限算力的新篇章。

　　宏观量子效应突破人类认知边界

　　经典物理世界是宏观的，物体运动是连续的，相应的能量也是连续的。例如，当我们将一个球扔向墙壁，可以直接看到球会弹回，绝不会穿墙而过。然而在量子世界，能量是量子化的，只能一份份吸收或释放，粒子可以直接穿过障碍物，这就是量子隧穿效应。

　　过去，量子隧穿效应被认为只存在于微观的原子或粒子世界。一旦到了由大量粒子组成的宏观尺度，这些量子效应就会消失，物体表现出符合人们日常经验的经典物理行为。

　　而这次获奖成果的核心价值在于打破了传统认知的边界：获奖者通过精巧的实验证明，这种量子隧穿效应不仅存在于微观世界，同样可出现在一个人手可握、包含数十亿粒子的宏观电路中。

　　他们构建了一个由超导材料制成的电路，中间以极薄绝缘层隔开，形成所谓的“约瑟夫森结”。在接近绝对零度的极低温条件下，超导体中的电子会结合成“库珀对”，这些库珀对协同运动，使整个系统表现得像一个单一的量子粒子，即宏观系统可作为整体发生量子隧穿，呈现出与微观粒子完全相同的量子特性。更重要的是，它将量子效应从一个只能被动观察的神奇现象，变成了一个可以通过导线连接、测量和控制的工程化系统，为量子技术的实际应用奠定了关键的物理基础。

　　1928年，物理学家乔治·伽莫夫发现量子隧穿是某些原子核衰变的原因。1970年代，超导理论（BCS理论）和约瑟夫森结的提出为宏观量子现象提供了理论可能。

　　1980年代中期，在美国加州大学伯克利分校，约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷和约翰·M·马蒂尼斯团队针对宏观量子现象进行钻研，他们面临的最大挑战是如何在嘈杂环境中捕捉脆弱的量子效应。

　　理论物理学家安东尼·莱格特将他们的宏观量子系统与著名的“薛定谔的猫”思想实验相比较。

　　此次获奖研究最直接的影响在于为量子计算技术奠定了基础。获奖者之一约翰·M·马蒂尼斯后来成为谷歌量子人工智能团队的负责人，在量子计算领域取得了重大突破，在随机线路采样任务中200秒钟完成经典计算机需1万年的运算，全球首次宣称实现“量子计算优越性”。

　　百年量子世界的回响

　　2025年是量子力学诞生100周年，也是联合国教科文组织确定的“国际量子科学与技术年”。从2012年获奖的基于中性原子和离子阱的量子测量，到2022年获奖的光量子纠缠验证，再到今年获奖的超导宏观量子电路，一条清晰的产业路径正在展开，并已发展成为当下量子计算的主流路径。

　　（作者：上海交通大学教授，上海交通大学集成量子信息技术研究中心主任，无锡光子芯片研究院院长，图灵量子创始人）