量子力学描述的是什么？是在单个粒子尺度上才"显现"的物理特性，被称为"微观"现象。这与"宏观"现 象形成对比。 例如，一个日常生活中常见的球，其组成分子数是天文数字，但它不会表现出任何量子力学效应。每次 把球扔向墙壁，它都会反弹回来。然而在微观世界中，一个单独的粒子有时却能直接穿过类似墙的障 碍，出现在"墙"的另一侧——这种现象被称为"隧穿"。 今年的诺贝尔物理学奖，表彰了那些在宏观尺度上成功观测到量子隧穿现象的实验。1984年和1985年， 约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马蒂尼斯3位科学家构建了一个包含两个超导体的电路，证明了可 以控制并研究一种现象：超导体中的所有带电粒子协同运动，表现得就像一个单一的粒子，充满整个电 路。该系统通过量子隧穿效应，向人们展现出了量子特性。 寻找统一行动的"库珀对" 3位获奖者借助了数十年来发展起来的理论概念和实验工具，试图研究一种能让多个粒子同时参与的隧 穿现象。一个重要方向就是材料在极低温下出现的特殊现象。 在普通导电材料中，电流的产生是由于存在可在整个材料中自由移动的电子。但在另一些材料中，穿过 导体的独立电子会变得有序，形成一种协调一致的"舞蹈"，毫无阻力地流动 ...

北京时间10月7日，2025年诺贝尔物理学奖正式公布，获奖者为约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷和约 翰·M·马蒂尼斯三位量子物理学家，他们通过在宏观电路上的实验发现了微观量子世界的"奇异特性"。 量子力学在1925年诞生，今年正值百年。诺贝尔物理学委员会主席奥勒·埃里克松当天表示，百年 来量子力学不断带来新的惊喜，它大有用处，为数字技术提供了基础。 原标题：他们在宏观尺度重现"薛定谔的猫" 在人类宏观世界中，球在被抛向墙壁时总会反弹回来。然而，在微观世界里，单个粒子有时会直 接"穿透"相应的势垒（指空间中势能比周围区域都高的能量障碍区域），从另一侧出现，这种量子力学 现象被称为"量子隧穿"。而2025年诺贝尔物理学奖表彰的突破性成果，正是科学家首次在由大量粒子组 成的宏观物体上也观测到了这一现象。 于是，超导体中的所有库珀对可视为一个整体量子系统。这个系统也成为约翰·克拉克、米歇尔·H· 德沃雷和约翰·M·马蒂尼斯实验的核心部分。 在量子力学数十年发展的理论与实验基础之上，1984年到1985年，约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷 和约翰·M·马蒂尼斯携手，持续挑战在宏观尺度演示量子隧穿。 他们对由超导体构成的 ...

获奖者与核心成就 - 2025年诺贝尔物理学奖授予美国加州大学的John Clarke、耶鲁大学的Michel H. Devoret和加州大学的John M. Martinis [2] - 获奖理由是“发现电路中的宏观量子力学隧穿和能量量子化” [2] - 三位获奖者在20世纪80年代于加州大学伯克利分校进行了一系列开创性实验 [5][11] 实验核心发现 - 实验证明量子世界的特性可以在宏观尺度的超导电路中具体化，该系统能从一种状态隧穿到另一种状态，并吸收释放特定大小的能量 [4][12] - 实验构建了包含两个超导体的电路，中间由绝缘层隔开，展示了超导体中所有带电粒子表现出一致行为，如同单个粒子 [11][12] - 该系统能利用隧穿效应从零电压状态逃脱并产生电压，从而展现量子特性，并证明其能量是量子化的 [12][28] 技术原理与基础 - 实验基于约瑟夫森结，该元件由两个超导体通过薄绝缘层连接而成，为探索量子物理提供了新工具 [19] - 超导体中的电子结成库珀对，其行为可被描述为一个统一的量子力学系统或波函数 [17] - 宏观量子隧穿效应的测量方式类似于原子核半衰期的统计测量，通过多次测量系统隧穿出零电压状态所需的时间来实现 [26][28] 理论与科学意义 - 该实验从本身就是宏观的状态中，以大量粒子的共同波函数形式，创造了一种宏观的可测量电压效应 [32] - 理论家将获奖者的宏观量子体系与薛定谔的猫思想实验相比较，认为其展示了大量粒子的共同行为符合量子力学预测 [32][33] - 该宏观量子态可被视为一种大规模的“人造原子”，为模拟其他量子系统和理解它们提供了新的实验潜力 [35] 应用与产业前景 - 诺贝尔奖颁奖机构指出该成果为开发下一代量子技术提供了机会，包括量子密码学、量子计算机和量子传感器 [5] - 超导电路是未来量子计算机构建中探索的技术之一，John Martinis后续利用能量量子化原理进行了量子计算机实验 [35] - 该成果不仅为物理实验室带来实际效益，也为从理论上理解物理世界提供了新的信息 [37]