2025年诺贝尔物理学奖花落量子电路

AI科技 2025年10月08日 23:36 0 aa

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

今年的诺贝尔物理学奖成果为下一代量子技术提供了可能。

10月7日，瑞典皇家科学院决定将2025年诺贝尔物理学奖授予科学家约翰·克拉克、麦克·H·德沃雷特、约翰·M·马蒂尼，以表彰他们“发现电路中的宏观量子力学隧道效应和能量量子化”。获奖者将平分1100万瑞典克朗（约合836万元人民币）奖金。

诺贝尔物理学委员会表示，今年的诺贝尔物理学奖成果为开发量子密码学、量子计算机和量子传感器等下一代量子技术提供了可能。

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。

诺贝尔物理学委员会成员埃娃·奥尔松接受记者采访时说：“我们在评审时并没有意识到今年是量子力学诞生百年，直到颁奖前才意识到这一巧合。”她说，今年的获奖成就打开了一扇门，使人们能够在更大尺度上研究量子力学世界。

据诺奖官网介绍，约翰·克拉克于1942年出生于英国，为美国加利福尼亚大学伯克利分校教授；米歇尔·H·德沃雷1953年出生于法国，为美国耶鲁大学和加利福尼亚大学圣巴巴拉分校教授；约翰·M·马蒂尼斯出生于1958年，为美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校教授。

三位科学家的里程碑式突破

在量子力学诞生的百余年里，人们习惯于在原子、电子或光子等微观系统中观测量子现象。而在更大尺度的体系中，如电路元件、机械振子或磁通环路，量子特性通常会被环境噪声迅速“抹去”，导致系统表现为经典行为。

克拉克、德沃雷和马丁尼斯三位科学家正是在“如何让宏观系统保持量子特性”这一核心问题上实现了里程碑式的突破。他们的研究基于超导约瑟夫森结（Josephson junction），即在两块超导体之间夹入一层极薄的绝缘层，使超导电子对（库珀对）能够以量子隧穿的形式穿过势垒，从而形成量子相位变量。

通过精密设计与极低温实验（接近绝对零度），他们首次在宏观电路中直接观测到了：

• 宏观量子隧穿（Macroscopic Quantum Tunnelling）：整个电路的相位或电流状态能够“穿越”经典势垒，从一个稳定态量子隧穿到另一个稳定态，表明量子叠加与隧穿并非仅属于微观世界。

• 能级量子化（Energy Level Quantisation）：当电路的“相位粒子”在势阱中振荡时，所具有的能量不是连续的，而是离散的量子能级结构，与原子中电子能级类似。

这些成果不仅证明了量子力学适用于宏观体系，也为人类提供了一种可工程化的“人造原子”平台，使量子态的设计、操控和测量成为可能。他们的研究为后续的超导量子比特（superconducting qubit）奠定了坚实的物理基础。如今，被广泛使用的transmon、flux qubit、phase qubit等架构，均可追溯至他们关于能级量子化与宏观隧穿的原始实验思想。

专家如何解读今年的诺贝尔物理学奖

上海交通大学李政道研究所助理研究员应江华表示，量子计算被视为未来科技革命的核心领域之一，三位获奖者的贡献堪称超导量子计算领域发展的重要开端。

在应江华看来，叠加和纠缠是量子力学最基本的两个特性，正是因为这两个特性才使得算力能够随着量子比特数目的增加而指数级增加，实现量子计算的优越性。理论上，一旦突破49个量子比特，那么算力可以超过目前最强大的经典计算机。

“马蒂尼斯最重要的贡献在于证明超导量子计算的优越性。”应江华表示，马蒂尼斯是超导量子计算领域的标志性人物，他曾是谷歌超导量子计算团队的领导者，在工程化和量子计算的落地应用上有更为突出的贡献。

诺贝尔奖传统上多授予“从0到1”的原创性科研成果，但在超导量子计算领域，马蒂尼斯的工作并非完全是从“0到1”的科学发现，而更多是从“1到99”的技术推进与工程落地阶段。应江华表示，诺奖也开始更多关注那些在实际科学成果转化、技术应用落地中发挥核心作用的研究者。“一些在工程上做出很大的突破、在成果转化或量子计算落地应用中做出很大贡献的科学家也有可能拿诺奖。”

近5年诺贝尔物理学奖得主

2024年，美国科学家约翰·霍普菲尔德（John J. Hopfield）和加拿大科学家杰弗里·辛顿（Geoffrey E. Hinton）获奖，以表彰他们在“ 使用人工神经网络实现机器学习的基础性发现和发明”。

2023年，美国科学家皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、德国科学家费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）和瑞典科学家安妮·勒惠利尔（Anne L’Huillier）获奖，以表彰他们在“产生阿秒光脉冲以研究物质中电子动力学的实验方法”方面所作出的贡献。

2022年，法国物理学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、美国理论和实验物理学家约翰·弗朗西斯·克劳泽（John F. Clauser）和奥地利物理学家安东·塞林格（Anton Zeilinger）获奖，以表彰他们在“纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和开创量子信息科学”方面所做出的贡献。

2021年，科学家真锅淑郎（Syukuro Manabe）、克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann）和乔治·帕里西（Giorgio Parisi）获奖，以表彰他们“对于我们对复杂物理系统的理解”所做的开创性贡献。

2020年，诺贝尔物理学奖将一半颁给了罗杰·彭罗斯 (Roger Penrose）以表彰其给出的黑洞形成的证明，并成为广义相对论的有力证据。另一半由赖因哈德·根策尔 (Reinhard Genzel)、安德烈娅·盖兹（Andrea Ghez）共享，表彰他们在银河系中心发现超高质量高密度物质。

*声明：本文系原作者创作。文章内容系其个人观点，我方转载仅为分享与讨论，不代表我方赞成或认同，如有异议，请联系后台。

想要获取半导体产业的前沿洞见、技术速递、趋势解析，关注我们！

医学奖之后，2025年日本再获诺贝尔化学奖，本世纪已达21枚

51.2Tbps：思科推出全新 Silicon One P200 芯片与 8223 路由系统

发表评论