2025年诺贝尔物理学奖获奖成果 - 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，表彰他们在宏观电路上实验发现微观量子世界的奇异特性 [1] - 获奖突破性成果为首次在由大量粒子组成的宏观物体上观测到量子隧穿现象 [1] - 该成果实证了存在由大量粒子构成却依然遵循量子力学规律的宏观系统，在概念重要性上与薛定谔的猫思想实验等同 [5] 量子隧穿现象与理论基础 - 量子隧穿是微观粒子能够穿透势能比周围区域高的能量障碍区域的量子力学现象 [1] - 隧穿是一个量子力学过程，随机性起着作用，不同类型的原子核因势垒高度和宽度不同而衰变速度各异 [2] - 乔治·伽莫夫于1928年意识到隧穿是某些重原子核发生衰变的原因 [2] 超导体与库珀对的关键作用 - 在极低温下，某些材料中的电子会形成库珀对，以完全无电阻的方式协同运动，使材料成为超导体 [2] - 超导体中的所有库珀对可视为一个整体量子系统，该系统的特性是实验的核心部分 [2] - 库珀对概念由利昂·库珀等人提出，并因此获得1972年诺贝尔物理学奖 [2] 宏观量子隧穿实验细节 - 科学家对由超导体构成的电路进行实验，超导元件被一层薄薄的非导电材料隔开 [3] - 宏观系统最初处于有电流流动但电压为零的状态，通过隧穿效应设法摆脱零电压状态，展示了量子特性 [3] - 实验测量了系统隧穿出零电压态所需的时间，并证明该系统具有能量量子化性质，只能以特定能量份额吸收或发射能量 [3] 研究成果的广泛影响 - 该成果首次从一个本身即为宏观的量子态中，直接产生了可测量的宏观效应——电压 [4] - 研究成果为探索微观世界规律提供了全新实验平台，可被视作大规模的人造原子，可嵌入不同实验装置或用于新型量子技术 [5] - 量子力学诞生百年，为数字技术提供了基础 [1]