諾獎得主讓我們“看見”量子 開創(chuàng)實(shí)驗揭示宏觀現(xiàn)象！在量子力學(xué)誕生百年之際，瑞典皇家科學(xué)院將2025年諾貝爾物理學(xué)獎授予約翰·克拉克、米歇爾·H·德沃雷和約翰·M·馬蒂尼斯三名量子物理學(xué)家。他們的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)讓我們能夠“看見”曾只存在于微觀領(lǐng)域的量子現(xiàn)象，也為新一代量子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

量子力學(xué)以“怪誕”和“反直覺”的現(xiàn)象著稱。例如，在日常生活中，當(dāng)我們把球扔向墻壁時，每次都會反彈回來。然而在微觀世界，單個粒子卻會“穿墻而過”，這種現(xiàn)象被稱為量子隧穿效應(yīng)。上世紀(jì)80年代，這三位科學(xué)家在加利福尼亞大學(xué)伯克利分校進(jìn)行了一系列實(shí)驗。他們構(gòu)建了一個包括兩個超導(dǎo)體的電路，并用一層完全不導(dǎo)電的薄材料將這些超導(dǎo)體分開。實(shí)驗中，他們展示了一種現(xiàn)象：超導(dǎo)體中的所有帶電粒子可以表現(xiàn)出整齊劃一的行為，就好像它們是充滿整個電路的單個粒子一樣。這個系統(tǒng)起初被“困在”一個沒有電壓但有電流流動的狀態(tài)中，通過隧穿效應(yīng)成功“逃離”零電壓狀態(tài)，并產(chǎn)生出可觀測的電壓。這意味著他們實(shí)現(xiàn)了宏觀量子隧穿。實(shí)驗還表明，該系統(tǒng)是量子化的，即只能吸收或釋放特定能級的能量，與量子力學(xué)的預(yù)測相符。有物理學(xué)家認(rèn)為，這次成果把原本的思想實(shí)驗變成了可放在手掌中看得見的電路，雖然這個電路系統(tǒng)和一只貓還有很大差別，但在物理學(xué)家眼中它們在本質(zhì)上很相似。

量子力學(xué)自1925年誕生以來，成為現(xiàn)代物理學(xué)的重要基礎(chǔ)。本次諾獎成果也基于百年來相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家孜孜不倦的探索。1928年，物理學(xué)家喬治·伽莫夫通過對重原子核的α衰變進(jìn)行理論分析，首次提出量子隧穿效應(yīng)能夠解釋該衰變過程，從而奠定了隧穿理論在核物理中的應(yīng)用基礎(chǔ)。隨后，物理學(xué)家開始研究多個粒子同時參與的隧穿現(xiàn)象，他們把目光投向了超導(dǎo)。許多著名科學(xué)家的名字出現(xiàn)在這條研究道路上。在超導(dǎo)材料中，電子可以形成“庫珀對”。如果兩個超導(dǎo)體之間用一層薄的絕緣層相隔連接，就會形成“約瑟夫森結(jié)”。今年獲獎的三名量子物理學(xué)家正是在這些先行者的成果基礎(chǔ)上，通過“約瑟夫森結(jié)”實(shí)驗首次證實(shí)，當(dāng)超導(dǎo)體中的“庫珀對”集體呈現(xiàn)量子態(tài)時，整個電路能像單個粒子一樣實(shí)現(xiàn)隧穿躍遷，打破了量子效應(yīng)僅存在于微觀世界中的傳統(tǒng)認(rèn)知。

諾貝爾物理學(xué)委員會主席奧勒·埃里克松表示，百年來量子力學(xué)不斷帶來新的驚喜，它為數(shù)字技術(shù)提供了基礎(chǔ)。今年的諾貝爾物理學(xué)獎成果為開發(fā)下一代量子技術(shù)提供了機(jī)遇，包括量子密碼學(xué)、量子計算機(jī)和量子傳感器。諾貝爾物理學(xué)委員會成員埃娃·奧爾松接受采訪時說，今年的獲獎成就打開了“通向另一個世界”的大門，使人們能夠在更大尺度上研究量子力學(xué)世界。當(dāng)前多國都在開展量子力學(xué)相關(guān)研究，如量子計算機(jī)等，相信未來這一領(lǐng)域會帶給我們更多驚喜。她強(qiáng)調(diào)，要推動相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，國際合作至關(guān)重要，很多重大成果正是通過國際合作實(shí)現(xiàn)。她表示，自己在研究中就與中國、歐洲、韓國、日本等多國同行合作，這些合作讓研究更具有深度和多樣性?！翱茖W(xué)屬于全人類，”她說，在量子科學(xué)領(lǐng)域，“國際合作是尋找未來解決方案的關(guān)鍵”。

此外，瑞典皇家科學(xué)院宣布將2025年諾貝爾化學(xué)獎授予北川進(jìn)、理查德·羅布森和奧馬爾·M·亞吉三名科學(xué)家，以表彰他們在金屬有機(jī)框架開發(fā)方面所作出的貢獻(xiàn)。這類材料可用于從沙漠空氣中收集水分、捕獲二氧化碳、儲存有毒氣體或催化化學(xué)反應(yīng)等。金屬有機(jī)框架具有巨大的潛力，為實(shí)現(xiàn)具有新功能的定制化材料帶來了前所未有的機(jī)遇。在三名獲獎?wù)叩耐黄菩园l(fā)現(xiàn)之后，化學(xué)家們構(gòu)建了數(shù)以萬計不同種類的金屬有機(jī)框架材料，其中一些材料可能有助于解決人類面臨的許多重大挑戰(zhàn)。