瑞典皇家科學院決定將2025年諾貝爾物理獎頒發給

John Clarke

美國加州大學柏克萊分校

Michel H. Devoret

美國耶魯大學及美國加州大學聖塔芭芭拉分校

John M. Martinis

美國加州大學柏克萊分校

以表彰他們對「電路中巨觀量子力學穿隧效應與能量量子化的發現」

 

他們在晶片上的實驗揭示了量子物理的運作

物理學一個重要的問題是：能展示量子力學效應的系統最大尺寸為何？今年的諾貝爾獎得主利用電路實驗，在大到足以握在手中的系統驗證了量子力學穿隧效應與量子化能階。

量子力學容許一個粒子透過稱為穿隧效應的過程直接穿過屏障，當涉及到大數目的粒子，通常量子力學效應變得不顯著。得獎者的實驗證明，量子力學的特性可在巨觀尺度上具體呈現。

在1984與1985年， John Clarke、Michel H. Devoret 和 John M. Martinis以超導體(可在無電阻狀態下導電的物質)建構的電子電路進行一系列的實驗，電路中，超導物質被一層薄的非導電材料隔開，此結構稱為約瑟夫森結(Josephson junction)。透過改進並測量電路中所有的各種特性，他們能夠控制並探索電流通過時所產生的現象，而帶電粒子通過超導體構成的系統，行為如同單粒子充滿整個電路。

這像似巨觀粒子的系統一開始處於一個電流在沒有任何電壓下流動的狀態，系統被困於此狀態，就好像在一個無法跨越的屏障之後。實驗中，系統顯現了量子特性，透過穿隧效應逃離這個零電壓狀態，系統狀態的改變從電壓的出現來偵測。

得獎者也證明系統的行為符合量子力學的預測―它是量子化的，意味著它只吸收或放射特定的能量。

諾貝爾物理委員會主席Olle Eriksson表示：「能慶祝百年的量子力學不斷帶來新驚喜，實在太棒了。量子力學極為有用，因為它是所有數位技術的基礎。」

 

電腦微晶片中的電晶體，便是我們周圍確立的量子力學技術的一個例子，今年的諾貝爾物理獎為發展下一代量子技術提供了機會，包括量子密碼學、量子電腦與量子感測器等。