据OFweek激光网,于2025年10月09日报道,10月7日,诺贝尔物理学奖桂冠如期揭晓,它被授予了约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷与约翰·M·马蒂尼斯三位物理学家,以表彰他们“在电路中实现量子隧穿与能量量子化”。
全球瞩目!2025年诺贝尔物理学奖揭晓
约翰·克拉克是美国加州大学伯克利分校的物理学荣誉教授,在低温物理和超导电子学领域享有盛誉;米歇尔·H·德沃雷是耶鲁大学的应用物理学和物理学教授、美国国家标准与技术研究院(NIST) 的联合研究员,是量子物理、特别是超导量子电路和量子信息处理领域的领军人物;约翰·M·马蒂尼斯是超导量子计算领域最重要的先驱和领军人物之一,其最广为人知的成就是领导团队实现了谷歌的“量子霸权”实验。
诺奖成果解读:在宏观尺度实现量子力学特性
量子隧穿是量子力学中的一种现象,即微观粒子能够穿越高于自身能量的势垒,如同穿墙而过然而一旦涉及大量粒子,这种量子效应就会变得飘渺难寻。
但本届诺奖得主成功用实验证明:量子力学特性在宏观尺度上也能具体呈现,他们在一个足以手持尺寸的系统中,同时实现了量子隧穿效应与能量量子化现象。这种在肉眼可见的尺度上显现量子行为,在物理学中意义重大,因为它挑战了“量子效应仅在微观尺度显著”的传统认知。
早在1984至1985年间,三位获奖者采用超导体(即具有零电阻导电特性的元件)构建电子电路,开展了一系列实验。该电路中,超导元件由薄层绝缘材料分隔,这种结构被称为约瑟夫森结(Josephson junction)。通过精确调控和测量电路的各种参数,他们得以在通电时深入探究其中涌现的物理现象。流经超导体的带电粒子共同构成了一个系统,其行为恰似遍布整个电路的单一粒子。
这个类粒子的宏观系统初始处于零电压下电流持续流动的状态。系统受困于此状态,犹如被不可逾越的势垒阻挡。实验中,系统通过隧穿效应成功突破零电压状态,从而展现出量子特性。系统状态的转变通过电压信号的产生被检测到。
获奖者还证实了,该系统的行为完全符合量子力学预言,它具有量子化特征,即仅能吸收或发射特定能级的能量。
本届诺贝尔物理学奖的研究成果,为发展包括量子密码学、量子计算机与量子传感器在内的下一代量子技术开辟了广阔前景。
光耀十年:诺贝尔物理学奖光学成果集锦
自文明诞生伊始,人类便从未停止过对光的追逐,从仰望星火到驾驭电焰,我们探寻光的极限,也借此照亮未知的疆域。而在过去10年里,诺贝尔物理学奖的舞台尤为星光璀璨,一系列革命性的光学突破将人类操控与观测光的能力推向了前所未有的境界,细数那些“高光时刻”:
2023年——Pierre Agostini,Ferenc Krausz及Anne L'Huillier获奖,以表彰他们在“以实验方法产生用于研究物质中的电子动力学的阿秒光脉冲”的贡献。
2022年——Alain Aspect,John Clauser及Anton Zeilinger获奖,以表彰他们在“用纠缠光子进行实验,建立了贝尔不等式的违反,开创了量子信息科学的先机”的贡献。
2018年——Arthur Ashkin、Gerard Mourou和Donna Strickland获奖,获奖理由是“在激光物理学领域所作出的开创性发明”。
2017年——Rainer Weiss、Barry C.Barish和Kip S.Thorne获奖,获奖理由是“对LIGO探测器和引力波观测的决定性贡献”。
2014年——赤崎勇、天野浩及中村修二获奖,以表彰其发明蓝色发光二极管(LED)并实现新型节能光源的突破。