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當量子走進電路：2025 諾貝爾物理獎專刊

雙月刊從 2025 諾貝爾獎出發，結合量子科技、跨領域研究與人文反思，呈現物理形塑世界的完整圖像

新書推薦 ||| 精通物理:情境化學習

突破物理教學框架——推薦張慧貞教授新著《精通物理：情境化學習》在物理教育的第一線，我們常觀察到學生具備優異的運算能力，卻在面對複雜情境或大範圍概念統整時產生斷層。本會長期關注物理科教發展，今日特別推薦張慧貞教授之新作——《精通物理：情境化學習~力學、熱學、流體》

2025 諾貝爾物理學獎

2025 The Nobel Prize in Physics今年的物理獎頒給了三位在「量子電路」領域開創新局的物理學家： John Clarke（美國／英國，UC Berkeley） Michel H. Devoret（法國／美國，耶魯大學） John M. Martinis（美國，加州大學聖塔芭芭拉校區）他們的貢獻是——在宏觀電路中「抓到」量子隧穿的行為，並能精確控制量子能階！說白一點，就是把原本只存在於原子世界裡的量子現象，變成可以在實驗室裡「看得見、用得上」的電子電路。這項突破讓量子力學不再只是理論，而是走進了量子電腦、量子感測、量子通訊等新世代技術的核心。諾貝爾獎委員會說得很到位：「他們把抽象的量子現象，變成了可以操作的工程實體。」

物理雙月刊

科學家隨筆

阿文開講

2026年2月號

當量子走進電路：2025 諾貝爾物理獎專刊

總編輯的話——當量子走進電路：2025 諾貝爾物理獎專刊秉持《物理雙月刊》長期以來的編輯精神與作業模式，在諾貝爾物理獎公布後的隔年第一期（亦即二月刊），本刊一向會以較為深入、系統性的方式，推出專題報導，帶領讀者重新理解諾貝爾獎所肯定的科學工作。雙月刊的宗旨從來不在於即時追逐話題或流行，因此每年十月諾貝爾獎揭曉後，我們除了會即時提供基礎介紹與背景說明，但更重要的是，希望在沉澱之後，邀請真正深耕相關領域的專家學者，以嚴謹清楚但深入淺出的方式，為廣大華語讀者撰寫具深度的科普專文，深入探討得獎研究的物理內涵、科學影響，以及對未來發展的意義與展望。 2025 年諾貝爾物理獎頒發給約翰．克拉克（John Clarke）、米歇爾．德沃雷（Michel H. Devoret）與約翰．馬提尼斯（John M. Martinis）三位科學家，表彰他們在「電路中發現宏觀量子力學穿隧效應與能量量子化」的突破性貢獻。本期特別邀請中研院特聘研究員陳啟東研究員、中研院研究員柯忠廷研究員與中央大學物理系陳永富教授，以及中興大學郭華丞教授，從不同角度為讀者介紹本次諾貝爾獎所肯定的核心工

2026年2月號

當量子走進電路：2025 諾貝爾物理獎專刊

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2025年12月號

國際量子科學與技術年量子百週年紀念刊

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2025年10月號

兆赫茲物理的進展與展望

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2025年8月號

重繪星系演化史的宇宙之眼台灣太空創新創業

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2025年6月號

從AI預警到黑爾戈蘭島，科學百年，震動不止

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2025年4月號

2025世界量子日

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2025年2月號

2024年諾貝爾物理獎—人工智慧上的奠基與發明

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2024年12月號

量子霍爾平台-平台相變

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2024年10月號

孔洞性金屬有機骨架在儲氫與產氫的研究發展簡介

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2024年8月號

人工光合作用：通往太陽能燃料之路

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最新上線

柯忠廷、陳啟東/ 中央研究院物理研究所 2026年2月13日

2025諾貝爾物理獎：從人造原子邁向量子電腦的科研之路

前言：2025量子年的歷史時刻 2025年在人類科學進程中具有特殊象徵意義，被正式定名為「國際量子科學技術年」（International Year of Quantum Science and Technology）。這不僅是為了紀念量子力學建立百年的重要里程碑，更代表人類社會正在從量子理論的探索階段邁向大規模技術應用的關鍵轉折。在這樣的背景下，諾貝爾物理獎的揭曉顯得格外引人注目——今年的獎項授予了三位在超導量子領域深耕數十年的重要科學家：約翰．克拉克（John Clarke）、米歇爾．德沃雷（Michel Devoret）以及約翰．馬丁尼斯（John Martinis）。他們因在1980年代中期完成一項極具開創性的實驗而獲獎，透過低溫電路觀測到「宏觀量子穿隧」與「能量量子化」現象，證明由龐大電子組成的宏觀電路系統也能展現量子特性。這項成果徹底打破了微觀與宏觀之間的概念鴻溝，為今日超導量子電腦蓬勃發展奠定了不可撼動的物理基礎。這三位科學家的研究成果不僅是物理學史上的重大突破，更是一段理論與工程交匯的科學故事。如果回溯量子力學的發展脈絡，從二十世紀初愛因斯坦、

林志忠台灣陽明交通大學電子物理系2026年2月13日

安德森和Osheroff的「委屈」

1975年，美國凝聚態物理學泰斗安德森（P. W. Anderson, 1923–2020, 1977年諾貝爾物理學獎得主）離開了貝爾實驗室，轉往普林斯頓大學物理系任教。大學（高教）有別於工業研究機構、國家科學院或國家實驗室，除了進行（個人的）學術研究之外，教學是主要任務之一。根據Andrew Zangwill所著安德森傳記《A Mind Over Matter: Philip Anderson and the Physics of the Very Many》（英國牛津大學出版社，2021年）中所述，安德森在普林斯頓大學除了指導博士生進行學位論文研究，也講授了一系列研究所課程，包括多體理論、固態物理、統計力學、無序材料、二維磁性，以及其他專業課題（Special topics）研討課程。但Zangwill在傳記中寫道，安德森通常未充分備課，也不是一位口才滔滔的好講師，因此授課品質欠佳。關於安德森教學的另一件更有趣（「委屈」？）的故事則是，他曾經有一年一度與一位同事共同講授「大一物理／普通物理」課程。據說，安德森對於該課程不僅沮喪，甚至「惱火」，因為學生竟然有眼不識泰山，

林志忠台灣陽明交通大學電子物理系2026年2月13日

世事難料，「量子力學英雄傳」或許改寫？

英國物理學家狄拉克（Paul Dirac）出生於1902年8月8日，德國物理學家海森堡（Werner Heisenberg）出生於1901年12月5日。第一次世界大戰爆發於1914年7月，發起侵略戰爭的德意志帝國在1918年底被協約國繳械投降。年長狄拉克和海森堡一二年或二三年的（文法）中學同學及學長，有不少人在畢業後或臨近畢業前被徵召或者自願入伍服役，隨後戰死沙場。如果狄拉克和海森堡早生一二年，當時很可能也會被徵召入伍，則量子力學發展史和我們耳熟能詳的「量子力學英雄傳」的故事，很可能改寫。奧地利物理學家薛丁格（Erwin Schrodinger）出生於1887年8月12日，比海森堡大14歲，比狄拉克大15歲，因此他自第一次世界大戰一爆發，直到戰爭結束的四年間，都受命服役於奧地利砲兵部隊。大戰結束時，他已是一位31歲的「高齡」理論物理學家了。然而，再過將近10年（1926年）之後，「大器晚成」的薛丁格方才提出「波動力學」理論；而約半年多之前（1925年），24歲「英姿勃發」的海森堡〔和玻恩（Max Born, 1882–1970）及Pascual Jordan (1902&

陳永富中央大學物理系2026年2月13日

超導量子電腦的發展與挑戰

自1960年代起，超導技術已成功應用於 SQUID 磁通感測器與高靈敏度的光子/輻射感測器，展現出超導電路在精密量測上的獨特優勢。進入1980年代後，隨著一系列關鍵實驗逐步證實巨觀尺度下的量子行為可在超導電路中被操控與量測，超導系統不再僅被視為經典電子元件，更是成為可用於探索與應用量子力學的實體平台。這些奠基性的成果，推動了量子資訊科學的快速發展，亦在去年的諾貝爾物理獎中獲得高度肯定。在此背景下，超導量子電腦逐漸成為實現可擴展量子運算的主要路線之一。本文將從超導電路的量子特性出發，介紹超導量子位元與其運作原理，並探討超導量子電腦在發展過程中所面臨的關鍵挑戰與未來方向。超導電路的量子性 1957 年，John Bardeen、Leon Cooper 與 John Schrieffer 提出著名的 BCS 理論，從微觀角度說明超導態源於電子透過晶格振動形成庫珀對 (Cooper pairs)，並集體凝聚於同一量子基態，展現長程相位同調的巨觀量子行為[1]。這一理論奠定了理解傳統超導體量子性質的基礎。在此基礎上，Brian Josephson 於 1962 年預測，在兩個超導體之間夾有一

國立中興大學物理學系教授郭華丞2026年2月13日

由微觀邁進巨觀的量子現象-2025年諾貝爾物理學獎專題報導

2025年10月，諾貝爾獎委員會宣布將物理學獎授予馬丁尼茲（John Martinis）、德沃雷（Michael Devoret）與克拉克（John Clarke）。這項殊榮旨在表彰他們在「巨觀量子穿隧」（Macroscopic Quantum Tunneling, MQT）與「電路能量量子化」的開拓性貢獻。起源：柏克萊實驗室的「三明治」這段科學傳奇始於 1980 年代的加州柏克萊大學。當時，克拉克教授帶領著博士後研究員德沃雷與博士生馬丁尼茲，共同鑽研一種極具潛力的超導體電路。電路的核心是「約瑟芬接面」（Josephson Junction）。如圖一(a)所示，其構造如同一個物理世界的「三明治」，由兩層超導體夾住一層極薄的絕緣體所組成。在當時的製程下，其接面尺寸約在 10 至 100 微米之間。圖一 (a) 約瑟芬接面的微觀結構。該元件採用了由鈮（Nb）與鉛銦合金（PbIn）構成的雙超導電極，兩者之間夾有一層極薄的氧化鈮（NbO）絕緣層 (b)樣品的等效電路模型。為了精確控制接面的量子態，電路中設計了兩個關鍵電流源：I_B\ 為外加偏置電流，I_{\mu w}表示微波照射的影