诺贝尔物理学奖获奖成就 - 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·马蒂尼斯，以表彰他们在宏观量子隧穿和电路量子化方面的开创性发现 [1] - 获奖研究通过超导电路将量子效应从微观原子尺度扩展到宏观尺度，标志着量子力学在更大系统中的应用突破 [1] - 这些突破使得基于超导电路的量子器件在量子计算和量子精密测量领域得以应用 [1] 宏观量子效应的科学意义 - 研究突破了量子与经典的边界，证明只要系统与外部环境的耦合足够弱，量子力学在日常可见的宏观尺度上仍然有效 [25] - 1985年，研究团队首次观测到宏观变量——约瑟夫森相位在电流偏置约瑟夫森结中的量子化，形成分立能级 [15][16] - 同年，团队在相同体系中明确观测到了宏观量子隧穿现象 [15][16] - 1988年，团队进一步确认约瑟夫森结相位差是一个宏观量子变量，实验结果与量子力学预测高度相符且“没有任何可调参数” [21] 超导量子计算的技术基础 - 超导电路量子化的确立，使得利用超导量子电路构造“人工原子”成为可能，其具有可设计的能级结构、相互作用强度及与外部电磁场的耦合强度 [22] - 电流偏置的约瑟夫森结本身就是一种早期经典的量子比特——相位量子比特的前身 [22] - 1999年，日本理化研究所团队首次在“超导小岛”中观测到量子相干振荡现象，从此打开了超导量子比特与超导量子计算的大门 [22] - 2019年，基于这些技术基础的谷歌“悬铃木”量子芯片在53个量子比特上首次展示了“量子霸权” [29] - 2024年底推出的105比特“Willow”量子芯片将“量子霸权”推到5分钟对比1025年的新高度，并首次在超导量子处理器上实现了表面码量子纠错盈亏平衡点的突破 [29] 获奖者的具体贡献与影响 - 约翰·克拉克是超导量子干涉仪（SQUID）的发明者，该器件是著名的精密测量工具，并被应用于脑磁图成像等领域 [26] - 米歇尔·H·德沃雷在耶鲁大学开创的研究组成为超导量子电路领域的摇篮，近半数超导量子研究组（如IBM量子部门开创成员）出身于此，其学生提出了应用广泛的“Transmon”量子比特 [27] - 约翰·马蒂尼斯是最具工程化能力的科学家，最早在“相位量子比特”中发现量子相干振荡，并在两个相位量子比特之间实现了长距离（10cm尺度）纠缠 [28] - 马蒂尼斯创立的公司Qolab致力于利用半导体技术为超导量子芯片加工提供工业化解决方案 [30]