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◎ 本報特約作者 林志榮，中國科學院上海微系統研究所超導電子實驗室副主任、研究員    

美國加州大學伯克利分校的約翰·克拉克（John Clarke）教授、加州大學圣巴巴拉分校和耶魯大學的米歇爾·德沃雷特（Michel H. Devoret）教授、加州大學圣巴巴拉分校的約翰·馬蒂尼（John M. Martinis）教授3人，因“在電路中的發現宏觀隧穿效應與能量量子化”榮獲2025年諾貝爾物理學獎，為超導量子計算發展奠定了重要物理基礎。

在宏觀尺度上驗證了量子世界獨有效應

40年前，這3位科學家將超導芯片置于接近絕對零度的極低溫（約-273.13攝氏度）環境，在一個電流偏置的約瑟夫森結電路中觀察到了量子化能級以及亞穩態下量子隧穿現象，相關成果以兩篇論文的形式發表于物理學頂級期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）。本次諾獎成果作為一項基礎研究，核心科學價值是在宏觀尺度上驗證了量子世界獨有的效應，拓寬了人類對量子力學微觀尺度的認知邊界。

本次諾獎的研究工作受到了1973年諾貝爾物理學獎得主布賴恩·約瑟夫森（Brian Josephson）和2003年得主安東尼·萊格特（Anthony Leggett）的啟發，因而許多人認為Anthony Leggett作為首個理論提出者與本次諾獎更契合。Brian Josephson和本次諾獎得主John Clarke在英國劍橋大學師出同門，導師均為著名英國物理學家布賴恩·皮帕德（Brian Pippard）。Brian Josephson高John Clarke兩屆，在1973年因量子隧穿現象的發現與江崎玲于奈（Leo Esaki）、伊瓦爾·賈埃弗（Ivar Giaever）共獲諾貝爾物理學獎。Anthony Leggett則在20世紀80年代初便預測了超導電路中的宏觀變量（如相位或磁通量）可以表現出量子隧穿和分立的能級，他與安努帕姆·加格（Anupam Garg）在1981年合作提出了萊格特-加格（Leggett-Garg）不等式，該不等式是用于區分量子相干性與經典行為、檢驗宏觀實在論的一種方法，而這一理論框架直接促成了本次諾貝爾獎的成果。

本次諾獎成果更多的是源于科學家處于對科學研究的好奇、對量子力學理論適用范圍的探索，彼時并沒有明確的應用導向。40年前，John M. Martinis為博士生，Michel H. Devoret為博士后，John Clarke教授也只是加州大學伯克利分校一位40歲出頭的青年教授。3人國籍不同、性格迥異，John M. Martinis是美國人，Michel H. Devoret是非常嚴謹的法國人，John Clarke則是英國紳士，但本著對電路中的宏觀隧穿效應與能量量子化的科學興趣，共同實現了本次諾獎成果的發現。此后，他們在超導量子精密測量、超導量子計算等方面亦做出了卓越的貢獻。

距規模化量子計算又近了一步

今年諾貝爾物理學獎的發現，不僅為超導量子計算發展奠定了重要的物理基礎，也是當前迅速發展的超導量子計算機研發的源頭與基石。國際公認的超導量子計算起點始于1999年，日本電氣股份有限公司（NEC）的蔡兆申、中村泰信、尤里·帕希克恩（Yuri Pashikn）等人實現了首個固態量子比特，并首次在宏觀量子系統中實現了量子相干操作。筆者曾有幸在蔡兆申、中村泰信團隊工作7年，其間聽聞并親歷不少珍貴軼事：John Clarke和蔡兆申是非常好的朋友，因而John Clarke到日本訪問時多次下榻蔡兆申家中；中村泰信與Michel H. Devoret治學均非常嚴謹，彼此是長期進行深度學術交流的重要伙伴。

如今，超導量子計算正迅猛發展。盡管仍有大量科學問題和工程問題需要克服，該技術路線有望為人類社會帶來巨大的算力飛躍，改變信息技術的格局。有科學家曾預言，“距離大規模量子計算有好幾個諾貝爾獎”。本次諾貝爾獎的頒發，標志著人類距離規模化量子計算又近了一步。對量子計算機的探索凝聚了多學科尖端技術的精華，是推動眾多領域技術發展的重要牽引力，雖然仍有許多技術挑戰有待克服，但這次獲獎極大地鼓舞了整個領域的研究者，繼續投身于更具挑戰性的理論探索與實驗研究之中。

（本文編輯：朱廣清）