0幀起手推導宏觀量子隧穿諾獎背后的科學豪賭

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2025-10-10 08:02:16 耿彪

0幀起手推導宏觀量子隧穿諾獎背后的科學豪賭！2025年諾貝爾物理學獎揭曉時，整個科學界都在關注“宏觀量子隧穿”這一概念。三位得主通過巴掌大的超導電路，讓數(shù)十億電子集體展示了“穿墻術”，不僅將薛定諤的貓從思想實驗變?yōu)楝F(xiàn)實，還為量子計算機的發(fā)展鋪平了道路。令人驚訝的是，其中兩位科學家在四年前就獲得了中國的“墨子量子獎”。這表明中國民間資本早在西方實驗室驗證理論之前，就已經(jīng)押注于未來。

“薛定諤的貓”曾被視為量子力學中的悖論，但20世紀70年代，安東尼·萊格特提出了質(zhì)疑：為什么宏觀物體不能既生又死？他專注于超導電路，認為零電阻特性可能使量子態(tài)在宏觀尺度上存在。他預言的“宏觀量子隧穿”成為物理學界的焦點，誰能證明它，誰就能打破微觀與宏觀的界限。

1984年，加州大學伯克利分校的約翰·克拉克帶領研究生約翰·馬丁尼斯和法國博士后米歇爾·德沃雷，用約瑟夫森結(jié)進行實驗。當電流流過時，電子像幽靈一樣穿過絕緣層，能量釋放呈現(xiàn)臺階狀，這是能級量子化的現(xiàn)象。諾獎委員會主席奧勒·埃里克松表示，這就像一群人排著隊穿墻而過，且步伐一致。實驗數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)行為完全符合量子隧穿的理論曲線，數(shù)十億電子組成的“宏觀粒子”遵循量子法則。

實驗過程中，克拉克團隊面臨與噪聲的斗爭。他們發(fā)明了一套銅粉微波濾波器，將特定頻率的噪聲衰減到近乎為零，相當于給電路穿上“量子防彈衣”。此外，他們還使用共振激活技術，原位測出關鍵參數(shù)，使實驗結(jié)果直接與理論吻合。這種嚴謹?shù)膽B(tài)度讓質(zhì)疑者無話可說。此前30年間，許多實驗室聲稱觀測到宏觀量子效應，但數(shù)據(jù)模糊被斥為熱激活假象。而克拉克團隊的數(shù)據(jù)點則精確地落在理論曲線上，證明了他們的成果。

這個實驗后來成為量子計算的基礎。三位科學家證明超導電路可以像“人造原子”一樣被操控，催生了Transmon量子比特。2014年，馬丁尼斯加入Google，2019年實現(xiàn)“量子霸權(quán)”；德沃雷在耶魯大學發(fā)明的cQED架構(gòu)，提高了量子相干時間。如今，未來的量子計算機將依賴這些超導電路中的“隧穿/不隧穿”。

當諾獎名單公布時，人們發(fā)現(xiàn)克拉克和德沃雷曾在2021年獲得“墨子量子獎”。這個由中國民間企業(yè)家捐資一億元設立的獎項，精準鎖定了這些“隱形奠基者”。中國對量子科技的認知清晰，第二次量子革命的競爭不僅在實驗室，更在于對未來關鍵節(jié)點的判斷力?；饡碚媚切┳屃孔訌睦碚撟呦驊玫奶铰氛撸袊Y本已經(jīng)用真金白銀投下信任票。

克拉克83歲仍在科研一線，德沃雷跨越重洋，馬丁尼斯從伯克利博士到Google量子負責人，他們的故事中沒有一夜成名，只有長期堅持。諾獎委員會稱量子力學是所有數(shù)字技術的基石，而這三位科學家證明真正的基石是那些敢于探索不可能的人。今天的每一次技術突破都建立在那些甘愿坐冷板凳的科學家們的努力之上。他們用超導電路證明，宏觀與微觀之間沒有不可逾越的墻；人類與未來之間也從來沒有。

(責任編輯：0882)

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