2025年，量子力學(xué)迎來創(chuàng)立百年的重要時刻。在這個具有特殊意義的年份里，諾貝爾物理學(xué)獎將榮譽(yù)授予三位科學(xué)家——約翰·克拉克、米歇爾·H·德沃雷和約翰·M·馬丁尼斯，以表彰他們在量子領(lǐng)域做出的突破性貢獻(xiàn)。獲獎理由為“發(fā)現(xiàn)宏觀量子力學(xué)隧穿效應(yīng)及電路中的能量量子化”，這一成果被視為對量子力學(xué)百年發(fā)展的致敬。

當(dāng)?shù)弥@獎消息時，克拉克難掩震驚。他表示，量子領(lǐng)域仍存在大量未知等待探索，而他們的研究只是打開了其中一扇門。這一反應(yīng)折射出科學(xué)界對量子技術(shù)潛力的普遍認(rèn)知：盡管基礎(chǔ)理論已建立百年，但實(shí)際應(yīng)用與深層機(jī)制的研究仍處在起步階段。

三位科學(xué)家的核心突破在于將量子特性從微觀世界延伸至宏觀尺度。他們基于超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)展開研究，通過精密設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，使超導(dǎo)電子對（庫珀對）能夠以量子隧穿形式穿越勢壘。在極低溫實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，團(tuán)隊(duì)首次在宏觀超導(dǎo)電路中直接觀測到“宏觀量子隧穿”現(xiàn)象——無數(shù)庫珀對集體完成的量子躍遷，以及“能級量子化”特征——系統(tǒng)能量呈現(xiàn)離散化分布而非連續(xù)變化。

中國科學(xué)院專家尤立星用通俗比喻解釋這一發(fā)現(xiàn)：“傳統(tǒng)認(rèn)知中，人無法穿墻而過，但量子世界的粒子卻存在特定概率實(shí)現(xiàn)‘穿墻’。三位科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)證明，在人工構(gòu)建的宏觀超導(dǎo)體系中，這種‘量子隧穿’效應(yīng)同樣存在。”他進(jìn)一步說明，能量量子化表現(xiàn)為系統(tǒng)能量像階梯般分級，只能按特定份額吸收或釋放能量，這種特性為量子計(jì)算奠定了物理基礎(chǔ)。

追溯研究歷程，上世紀(jì)80年代，三位科學(xué)家構(gòu)建了由兩塊超導(dǎo)體夾持極薄絕緣層的約瑟夫森結(jié)電路。當(dāng)向系統(tǒng)輸入微弱電流時，電壓變化呈現(xiàn)異常：本應(yīng)持續(xù)為零的電壓突然跳動，仿佛系統(tǒng)“穿越”了無形能量屏障；能量變化更呈現(xiàn)離散跳躍特征，而非傳統(tǒng)認(rèn)知中的連續(xù)流動。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果顛覆了“量子現(xiàn)象僅存在于微觀層面”的固有認(rèn)知，證明宏觀系統(tǒng)在特定條件下仍能保持量子特性。

這項(xiàng)突破直接推動了量子科技產(chǎn)業(yè)的革命。約翰·馬丁尼斯后續(xù)將具有量子化能級的超導(dǎo)電路發(fā)展為量子比特，開創(chuàng)了量子計(jì)算的新范式。在量子計(jì)算機(jī)中，單個比特可同時處于“0”與“1”的疊加態(tài)，這種特性正源自三位科學(xué)家早期實(shí)驗(yàn)揭示的物理機(jī)制。目前全球領(lǐng)先的量子計(jì)算研究，均建立在他們的理論框架之上。

事實(shí)上，三位科學(xué)家的學(xué)術(shù)影響力早已獲得國際認(rèn)可。2021年，他們與日本學(xué)者中村泰信共同獲得“墨子量子獎”，表彰其在超導(dǎo)量子電路和量子比特關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作。此次諾獎的授予，可視為國際科學(xué)界對其貢獻(xiàn)的進(jìn)一步肯定。

盡管量子技術(shù)已通過晶體管、激光器等形式滲透至日常生活，但專家提醒公眾需理性看待市場炒作。尤立星指出，當(dāng)前面向大眾的“量子”產(chǎn)品大多缺乏科學(xué)依據(jù)，真正惠及民用的量子信息技術(shù)仍需時間發(fā)展。他同時提到，2022年諾獎剛授予量子糾纏領(lǐng)域，2025年再次聚焦量子科技，或許印證了該領(lǐng)域的戰(zhàn)略重要性——量子工程時代正在到來。

從驗(yàn)證百年前的理論悖論，到開辟全新的工程領(lǐng)域，2025年諾貝爾物理學(xué)獎的授予具有雙重意義：既是對量子力學(xué)百年發(fā)展的歷史總結(jié)，也標(biāo)志著這項(xiàng)“微觀魔法”正式成為數(shù)字技術(shù)的基石。當(dāng)量子特性突破尺度限制，人類對物質(zhì)世界的認(rèn)知與操控能力，正站在新的起點(diǎn)。