文 ｜ 《中國科學報》 記者 倪思潔 趙宇彤 張晴丹 張雙虎 趙廣立 馮麗妃 見習記者 江慶齡
在量子力學誕生百年的2025年，這個領域又添了新的諾貝爾物理學獎。
北京時間10月7日下午5時45分許，2025年諾貝爾物理學獎揭曉。美國科學家約翰·克拉克（John Clarke）、米歇爾·德沃雷特（Michel Devoret）和約翰·馬丁尼斯（John Martinis）獲獎，以表彰他們“發現了電路中的宏觀量子力學隧穿效應和能量量子化”。
“我完全驚呆了，我從來沒有想過它會拿到諾貝爾獎。”當克拉克得知自己獲獎時，大吃一驚。
1984年和1985年，克拉克帶著他的博士后德沃雷特和學生馬丁尼斯，對由超導體構建的電子電路做了一系列實驗，證明了量子世界不僅存在于微觀世界，它的奇異特性還可以在像手掌那么大的宏觀系統中具象體現出來。
40年后的今天，作為曾經的團隊負責人，克拉克強調，這一發現離不開他的兩位團隊成員的貢獻。他感慨說：“原則上我當然算是團隊的負責人，但他們的貢獻確實是巨大的。”
諾貝爾物理學委員會主席奧勒·埃里克森（Olle Eriksson）表示：“能夠慶祝百年歷史的量子力學不斷帶來新的驚喜，這真是太棒了。量子力學也是極其有用的，因為它是所有數字技術的基礎。”
約翰·克拉克（John Clarke）、米歇爾·德沃雷特（Michel Devoret）、約翰·馬丁尼斯（John Martinis）（從左至右）
雖然時隔40年，
但“獎項似乎給得有點早”
《中國科學報》：時隔三年，諾貝爾物理學獎再次頒給了量子力學領域，你對此有何感想？
梁文杰（中國科學院物理研究所研究員）：我沒想到宏觀量子效應和能量量子化會獲得諾貝爾物理學獎，但仔細去想，它們確實是比較基礎的概念，獲得諾貝爾物理學獎也很合適，只不過，目前這兩個概念在應用領域并沒有實現革命性的爆發，獎項似乎給得有點早，這是我個人的判斷。
郭國平（中國科學技術大學教授、中國科學院量子信息重點實驗室副主任）：這次物理學獎頒給這三位科學家，首先我覺得是比較大膽，畢竟量子計算的超導路線目前還并未完全走通或一定成功；其次，我認為這代表了西方科學界對量子計算的一種鼓勵的態度，這是一種導向。
某從事超導量子計算研究、要求匿名的科學家：純粹個人看法，我認為是早了。我認為等超導量子計算機真正落地實現的那天再頒發給他們，可能才是最有說服力的。因為一旦真正實現了超導量子計算機，它將直接改變人類處理信息的格局。
但這其實也正是我想要呼吁的，我特別擔心諾獎頒發給超導量子計算的開創者之后，大家會認為超導量子計算機會馬上實現，更擔心別有用心者會過度炒作甚至消費量子計算機，這對我們真正做超導量子計算的人而言，是一種傷害。
李曉鵬（復旦大學物理學系教授）：頒獎前我也在想，這次諾貝爾物理學獎大概率會頒給量子領域的科學家，因為今年剛好是現代量子力學誕生100周年。我并沒有想到是這三位科學家，但他們絕對是實至名歸的。我作為量子領域從業的科研人員，心情肯定非常激動，也很受鼓舞。
李亮（上海交通大學物理與天文學院教授）：宏觀量子力學隧穿效應和能量量子化雖然是相對小眾的領域，但是它至少屬于物理學。因此，聽到物理學獎頒發給這個領域后，我有一種如釋重負的感覺，覺得物理學獎終于“回歸正常”了。
諾獎評選近兩年發生了很大變化，這可能是諾獎評獎委員會“與時俱進”的結果。今年它一方面強調基礎的前沿理論，同時又密切聯系實際應用。從這個意義上講，諾獎評委會是下了一番功夫的。
為超導量子計算的發展
奠定了基礎
《中國科學報》：能否通俗地介紹一下“宏觀量子力學隧穿效應和能量量子化”是什么意思？這個研究有什么“用處”？
梁文杰：“量子隧穿效應”通俗一點講就是嶗山道士念個咒語，然后穿到墻的另一邊了，這是量子力學的基本特點。在量子力學中，一個基本粒子的位置在空間上是彌散的，碰上一個勢壘時，它有一部分幾率是在這兒，有一部分的幾率直接跨過去了，勢壘對它來說沒有任何影響。
今年諾貝爾物理學獎涉及的“宏觀量子隧穿”，就是說隧穿效應達到了可以宏觀觀測的程度，即毫米級甚至更大尺度上。我們身邊常見的宏觀量子效應就是超導體。
“能量量子化”是指能量只能按一份一份地變化。就像水龍頭里流出來的水，經典條件下想調大流速，就把水龍頭開大；但如果是量子化的，比方說水流只能從每秒流1立方到2立方、3立方，但要想調到1.5立方就做不到了。這幾位諾獎得主發現宏觀電路也存在量子化行為，可以借此進行精準的能量和信息傳輸和校準。
傳統發現的量子隧穿效應都是在非常小的體系下，本次授獎的工作證明量子隧穿也可以出現在拿在手里的器件里，且發現了其中的能量量子化效應，這一效應有可能成為未來電路的基礎，即電子電路不再只依靠數電子電量控制信息，而是宏量的電子相位相干調控來控制信息，這可能是他們（諾獎委員會）看重的。
李曉鵬：這三位科學家和2022年獲得諾貝爾物理學獎的三位科學家研究的領域很不一樣。量子力學最初是為了解釋原子、電子等非常微觀的粒子行為。2022年，三位科學家正是因為在單光子尺度上驗證了量子糾纏現象而獲獎。今年的三位得主，則是在宏觀器件中發現了量子力學隧穿和能量量子化。
在此之前，科學家并不知道在宏觀的人造器件中是否能夠觀測到量子現象，但他們通過設計超導電路系統，成功觀測到了量子力學效應，顛覆了以往的認知。這個發現也為后面超導量子計算的發展奠定了基礎，谷歌現在推動的超導量子計算路線正是源于此。
李亮：隧穿效應、能級量子化都是量子力學領域非常基本的物理概念，同時，它又和下一代量子技術密切相關，量子比特、量子計算、量子傳感、量子密碼等技術都從此概念出發，離開能級的量子化，所有這些量子電路的功能都無法實現。
匿名科學家：在量子力學領域，有一個自然而然的問題是：量子力學在宏觀體系中是不是適用？他們40年前的這項實驗，正是從科學的角度證明了宏觀體系一樣滿足量子力學規律。他們在電路中把溫度、噪聲等干擾降低到極低水平，證明了宏觀體系中存在相同的量子效應，這直接催生了超導量子計算整個方向的發展。總結來說，一是它有很深的物理思想，就是量子力學的適用范圍；二是它促進了超導量子計算的誕生和發展。
不會因為一次諾獎
就一定“前景光明”
《中國科學報》：此次量子力學獲得諾貝爾物理學獎，會對量子力學及相關領域未來的發展帶來怎樣的影響？我國在此方面的布局如何？
匿名科學家：三位開創者雖然開辟了超導量子計算這條路線，但同時指出了這其中的難點：如何把宏觀量子體系的噪聲、溫度等各種干擾因素降到單量子水平，尤其是在到了一定規模之后，這背后的科學問題和工程問題是極其復雜和有難度的。所以，我希望這次諾獎之后，大家對量子計算機的研發還是要保持耐心，這個領域并不會因為頒發了諾獎就一定前景光明、一帆風順。
羅衛東（上海交通大學物理與天文學院教授）：今年的諾獎能給他們，主要是因為他們研究的超導約瑟夫森結中展現出的宏觀量子性質，包括量子隧穿和量子化能級。這是我們發展下一代量子技術的基礎，我個人認為這是建造未來量子計算機最重要的技術路線。我想，這對我國量子計算的發展具有鼓勵和推動的作用。
李曉鵬：目前，量子計算開始從實驗室走向應用，我們也在關注量子計算是否可以在一些有價值的問題上展現出應用優勢，但具體落地應用還需要時間。不過，現在確實是量子科技發展的大時代，諾貝爾獎只是一個方面，接下來肯定會引發社會各界越來越多的關注，推動量子計算從基礎科學向應用發展。
梁文杰：現在主流的量子計算的幾條路徑，包括超導量子計算、光量子計算、冷原子量子計算，以及硅自旋量子計算等，最接近工程化的可能就是超導量子計算。目前國內中國科學技術大學潘建偉院士領導的團隊貢獻很大，中國科學院物理研究所、復旦大學等諸多單位也都在這個方面貢獻著自己的力量。中國的量子計算在世界上有重大影響力。
榮譽不只歸于“大佬”
《中國科學報》：你跟幾位獲獎者是否有過交集？他們給你什么樣的印象？
羅衛東：這三位獲獎人里，最年長的是約翰·克拉克教授，他一直在美國加州大學伯克利分校任教。大概20多年前，我在加州大學伯克利分校的物理系讀博士時，在物理系樓里經常能碰到他。他個人特征還挺明顯的，在我的印象里，他就是個笑瞇瞇的高個子老頭。
匿名科學家：現在美國做量子計算的人中，許多都是克拉克的“徒子徒孫”?？死?/span>很有大科學家的風范，我記得有次開會遇到他，他的學生們把他圍在中間，熱火朝天地討論量子計算相關問題。
我印象中，德沃雷特是一個非常執著的人。記得一次在日本開會，他做完報告后我上前去找他請教幾個學術問題，德沃雷特非常嚴謹，認真地問我問的是什么，然后才條分縷析地答復我。馬丁尼斯是非常活躍且思路開闊的人，關于他的“江湖傳說”有很多。
郭國平：我們課題組沒有跟這三位科學家合作過，但早年間在幾次會議上跟他們都遇到過，尤其是馬丁尼斯，他應該也是最知名的，當年谷歌量子計算機的打造，他功不可沒。馬丁尼斯給人的印象是非常純粹的一位科學家，特別是他非常專注于技術細節，對技術追求非常高，而且總能一點一點往前做。
李曉鵬：我在一些會議上和馬丁尼斯打過交道，一起喝過酒也聊過天。在我看來，馬丁尼斯是一位典型的美國式科學家，對自己的研究非常有熱情，也很隨和，很愿意和年輕人打成一片，探討科學問題。
我最近一次見到他，是在2018年，我們聊了未來超導量子計算的發展方向。這一年剛好是一個很關鍵的節點——馬丁尼斯領導團隊開發了72量子比特的新量子處理器Bristlecone。這項工作使得超導量子比特的錯誤率降到了量子糾錯的閾值，意味著未來有可能做成超導量子計算機。當時，馬丁尼斯對超導量子計算機的發展表示了巨大的信心?；剡^頭來看，超導量子計算的發展趨勢和他當時的預測一致。如去年12月，谷歌發布了最新量子芯片Willow，不過馬丁尼斯已經離開谷歌了。
梁文杰：我覺得非常鼓舞人的是，克拉克帶著學生和博士后拿到了今年的物理學獎。我的印象里，這樣的師生組合獲諾獎的比較少，這也鼓勵了所有年輕的老師和學生們，榮譽并不都只歸于“大佬”，他們三位在該成果中的貢獻都得到了認可。
《中國科學報》：此次諾獎的頒發，對我們有何啟發？
郭國平：作為從業者，只覺得肩上的壓力更大了、擔子更重了。
李曉鵬：我認為，國內的量子科技，包括量子計算、量子通訊和量子精密測量，已經發展到了跟國外同一水平。但同時也需要承認，我國在基礎科學創新、人才積累方面，與美國仍有一定差距。
羅衛東：今年這個諾獎是屬于凝聚態物理領域。凝聚態物理領域的科研大部分都是相對小團隊的，一個導師帶著幾個學生、博后干。很多時候小的科研團隊自由探索型的研究，也能夠做出很重要的貢獻。
梁文杰：我覺得每個年輕科研人員還是要找到讓自己一談起來兩眼發光的領域，不必在意這個領域是否能得到諾貝爾獎，關于在于你是否感興趣并且認為這個工作特別重要，值得花一輩子去追求。
本文鏈接：師徒三人拿下諾獎！但是，好像給得“有點早”？http://www.sq15.cn/show-11-26781-0.html
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