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、麦克·H·德沃雷特和约翰·M·马蒂尼，表彰他们发现电子电路中的宏观量子力学隧穿和能量量子化[2][4] - 获奖者通过实验证明量子世界的奇异特性可以在宏观尺度的系统中具体化，其超导电气系统能够实现状态隧穿和特定剂量能量吸收发射[8][15] - 该实验使用两个超导体构建电路，中间用薄绝缘层隔开，展示了超导体中所有带电粒子一致表现为单个粒子的现象[17] 实验技术细节 - 实验在1984年和1985年于加州大学伯克利分校进行，使用超导电路和约瑟夫森结来研究宏观量子隧道效应[17][27] - 研究人员通过向约瑟夫森结注入微弱电流并测量电压，发现系统从零电压状态穿出隧道产生电压的过程[28] - 实验装置芯片大小约为一厘米，涉及数十亿个库珀对，将量子力学效应从微观尺度转变为宏观尺度[30] 量子力学原理应用 - 量子隧道效应是单个粒子穿过微观屏障的现象，而获奖实验展示了涉及大量粒子的宏观尺度隧道效应[17][22] - 超导体中的库珀对可以描述为单波函数，其集体行为使得宏观系统表现出量子化能级特性[23][24][30] - 实验证明系统只吸收或发射特定量的能量，较高能级的隧道效应发生概率更大[30][32] 实际应用与理论意义 - 宏观量子态可被视为大规模人造原子，用于模拟其他量子系统和开发量子技术[33] - 马蒂尼后续利用能量量子化进行量子计算机实验，使用量子化态电路作为量子比特[33] - 该实验为量子力学理解提供新信息，证明大量粒子系统仍可表现出量子力学预测的行为[32][33][34] 诺贝尔物理学奖背景 - 2024年诺贝尔物理学奖授予约翰·霍普菲尔德和杰弗里·辛顿，表彰他们在人工神经网络机器学习领域的贡献[8][35] - 2023年获奖者开发了产生阿秒光脉冲的实验方法，2022年获奖者进行了纠缠光子实验和量子信息科学研究[35] - 2021年获奖者研究复杂系统包括气候建模，2020年获奖者研究黑洞形成理论和银河系中心超大质量天体[36]