它是所有数字技术的基础！今年的诺贝尔物理学奖致敬百年量子力学

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瑞典皇家科学院7日宣布，将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·马丁尼斯，以表彰他们“在电路中发现宏观量子力学隧穿和能量量子化”。

物理学中的一个主要问题是，能够展示量子力学效应的系统最大可以达到什么尺度。今年的诺贝尔奖获得者用一个电路进行了实验，他们在一个足以用手握住的系统中，同时演示了量子力学隧穿效应和能量量子化。
量子力学允许粒子通过一种称为隧穿的过程直接穿过势垒。一旦涉及大量粒子，量子力学效应通常会变得微不足道。获奖者们的实验证明，量子力学特性可以在宏观尺度上具体呈现。
在1984至1985年间，约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷和约翰·M·马丁尼斯使用由超导体（一种可以无电阻传导电流的元件）构建的电子电路进行了一系列实验。在电路中，超导元件被一层薄薄的绝缘材料隔开，这种结构被称为约瑟夫森结。通过精确定义和测量其电路的各种特性，他们能够控制并探索当电流通过时产生的现象。在超导体中移动的带电粒子共同构成了一个系统，其行为就像遍布整个电路的单个粒子。
这个宏观粒子般的系统最初处于一种有电流但无电压的状态。系统被束缚在这个状态中，就像被困在一个无法跨越的势垒之后。在实验中，该系统通过隧穿效应成功脱离零电压状态，从而展示了其量子特性。系统状态的改变通过电压的出现而被检测到。
获奖者们还证明了该系统的行为遵循量子力学的预测——它是量子化的，这意味着它只能吸收或发射特定数量的能量。
“能够见证有百年历史的量子力学不断带来新的惊喜，真是太棒了。它也极为有用，因为量子力学是所有数字技术的基础。”诺贝尔物理学委员会主席奥勒·埃里克松说。
计算机微芯片中的晶体管是我们身边成熟的量子技术的一个例子。今年的诺贝尔物理学奖为开发下一代量子技术提供了机遇，包括量子密码学、量子计算机和量子传感器。
来源：新民晚报  作者：郜阳