0帧起手推导宏观量子隧穿 诺奖背后的科学豪赌!2025年诺贝尔物理学奖揭晓时,整个科学界都在关注“宏观量子隧穿”这一概念。三位得主通过巴掌大的超导电路,让数十亿电子集体展示了“穿墙术”,不仅将薛定谔的猫从思想实验变为现实,还为量子计算机的发展铺平了道路。令人惊讶的是,其中两位科学家在四年前就获得了中国的“墨子量子奖”。这表明中国民间资本早在西方实验室验证理论之前,就已经押注于未来。
“薛定谔的猫”曾被视为量子力学中的悖论,但20世纪70年代,安东尼·莱格特提出了质疑:为什么宏观物体不能既生又死?他专注于超导电路,认为零电阻特性可能使量子态在宏观尺度上存在。他预言的“宏观量子隧穿”成为物理学界的焦点,谁能证明它,谁就能打破微观与宏观的界限。
1984年,加州大学伯克利分校的约翰·克拉克带领研究生约翰·马丁尼斯和法国博士后米歇尔·德沃雷,用约瑟夫森结进行实验。当电流流过时,电子像幽灵一样穿过绝缘层,能量释放呈现台阶状,这是能级量子化的现象。诺奖委员会主席奥勒·埃里克松表示,这就像一群人排着队穿墙而过,且步伐一致。实验数据显示,系统行为完全符合量子隧穿的理论曲线,数十亿电子组成的“宏观粒子”遵循量子法则。
实验过程中,克拉克团队面临与噪声的斗争。他们发明了一套铜粉微波滤波器,将特定频率的噪声衰减到近乎为零,相当于给电路穿上“量子防弹衣”。此外,他们还使用共振激活技术,原位测出关键参数,使实验结果直接与理论吻合。这种严谨的态度让质疑者无话可说。此前30年间,许多实验室声称观测到宏观量子效应,但数据模糊被斥为热激活假象。而克拉克团队的数据点则精确地落在理论曲线上,证明了他们的成果。
这个实验后来成为量子计算的基础。三位科学家证明超导电路可以像“人造原子”一样被操控,催生了Transmon量子比特。2014年,马丁尼斯加入Google,2019年实现“量子霸权”;德沃雷在耶鲁大学发明的cQED架构,提高了量子相干时间。如今,未来的量子计算机将依赖这些超导电路中的“隧穿/不隧穿”。
当诺奖名单公布时,人们发现克拉克和德沃雷曾在2021年获得“墨子量子奖”。这个由中国民间企业家捐资一亿元设立的奖项,精准锁定了这些“隐形奠基者”。中国对量子科技的认知清晰,第二次量子革命的竞争不仅在实验室,更在于对未来关键节点的判断力。基金会表彰那些让量子从理论走向应用的探路者,而中国资本已经用真金白银投下信任票。
克拉克83岁仍在科研一线,德沃雷跨越重洋,马丁尼斯从伯克利博士到Google量子负责人,他们的故事中没有一夜成名,只有长期坚持。诺奖委员会称量子力学是所有数字技术的基石,而这三位科学家证明真正的基石是那些敢于探索不可能的人。今天的每一次技术突破都建立在那些甘愿坐冷板凳的科学家们的努力之上。他们用超导电路证明,宏观与微观之间没有不可逾越的墙;人类与未来之间也从来没有。