[快讯]诺贝尔物理学奖得主曾获墨子量子奖 宏观量子效应的突破

物理学中的一个重要问题是：能够展现量子力学效应的系统最大可以达到什么尺度。今年诺贝尔奖获得者通过电路实验，在一个尺寸足以置于掌心的系统中，展示了量子力学隧穿效应与能量量子化。

量子力学允许粒子通过所谓“隧穿”的过程直接穿越势垒。一旦涉及大量粒子，量子力学效应通常会变得微不足道。获奖者的实验证明，量子力学特性可以在宏观尺度上得以具体呈现。

1984年和1985年，约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷和约翰·M·马丁尼斯利用超导体构建了一个电子电路，并进行了一系列实验。在该电路中，超导元件被一层薄薄的绝缘材料隔开，这种结构被称为约瑟夫森结。通过精确改进并测量其电路的各种特性，他们得以控制和探索当电流通过时产生的现象。流经超导体的带电粒子共同构成了一个系统，其行为犹如一个遍布整个电路的单一粒子。

这个宏观的类粒子系统最初处于一种无电压的电流流动状态。系统受限于此状态，仿佛被一道无法穿越的势垒所阻挡。实验中，该系统通过隧穿效应成功脱离零电压状态，从而展现了其量子特性。系统状态的改变通过电压的出现而被检测到。获奖者们还证明了该系统的行为遵循量子力学的预测——它是量子化的，意味着它仅吸收或释放特定数量的能量。

他们的研究首次无可辩驳地证明，一个由数十亿对电子组成的、人手可以触摸的“宏观”物体——超导电路，可以像单个原子一样，遵循量子力学的奇异规则。这项工作将量子世界从微观粒子和思想实验的领域，成功带入了可被精确设计和操控的宏观工程系统中，为现代量子计算和量子科学的发展铺平了道路。