2025 年諾貝爾物理獎揭曉：量子隧穿在宏觀電路上的操控

2025 年的諾貝爾物理獎頒給三位物理學家：John Clarke、Michel H. Devoret 和 John M. Martinis，表彰他們在超導量子電路中觀測與控制量子隧穿行為的卓越成就。這項突破，使得過去只在原子尺度才有的量子現象，首次可在「巨觀電路裝置」中實現可控化，為量子計算、量子感測與量子通訊鋪路。

他們的工作核心在於透過精密設計的超導電路，刻意創造條件，讓電子在類似「牆」的能量障壁中發生隧穿；更重要的是，他們能控制這樣的隧穿率與能階分裂，進而將量子態與能量量化落實於電路操作層面。這不只是量子力學的再確認，更是把量子理論與可操作電子平台連接起來的關鍵一步。

得主簡介:

• John Clarke：長期在加州大學柏克萊分校從事超導量子裝置與量子電路研究，是這領域的先驅者之一。
• Michel H. Devoret：在耶魯大學與加州多處研究機構從事量子電路與量子電動力學實驗設計，對控制量子退相干與強化信噪比有重大貢獻。
• John M. Martinis：曾參與 Google Quantum AI 等團隊，負責量子比特設計與錯誤校正等重要技術實踐，使量子研究更貼近應用。

為什麼這項工作重要？

在傳統觀念中，量子隧穿是一種典型的微觀現象，需要極端條件（如原子尺度、量子井或制冷低溫）才可能觀察到。Clarke、Devoret 和 Martinis 的創見在於：他們打造的超導電路，使得這種隧穿現象在可擴展的器件平台中得以觀測與控制。這意味著，我們有機會把量子力學從「奇異的理論世界」導向「可操作的技術基礎」。
這項成果對未來量子科技發展具有深遠意義：從量子計算的 qubit 操控，到極限感測器的高靈敏度，再到量子通訊的安全保障，每一環都可能從這項突破中受益。

我們將在明年二月的《物理雙月刊》中，推出每年固定的諾獎專題報導，從實驗原理、電路設計、量子退相干控制、到未來應用路徑，一步步剖析這項得獎成果的技術脈絡與未來潛力，敬請期待。我們也歡迎您多多關注官網，共同追蹤量子時代的新篇章。

 

封面圖片為超導量子電路與實驗架構示意圖。圖中可見 Nb 基底上的 Al SQUID 環路結構與控制線佈局，顯示量子比特與讀出電路的整合設計。

圖片來源：Estefani Marchiori et al., Magnetic imaging of superconducting qubit devices with scanning SQUID-on-tip, Nature Communications (2022).
授權：CC BY 4.0。