2025年诺贝尔物理学奖是约翰·克拉克（约翰·克拉克，来自英国，加州大学伯克利分校名誉教授），米歇尔·H·德沃尔（Michel H. Devoret，法国人，耶鲁大学教授）约翰·马蒂尼斯据悉，该奖项将颁发给三人：加州大学圣巴巴拉分校教授约翰·M·马蒂尼斯(John M. Martinis)。
获奖理由是“电路中宏观量子隧道效应和能量量子化的发现”。
克拉克先生出生于1942年，获得剑桥大学学位后，自1969年起在加州大学伯克利分校继续研究。他因超导量子干涉仪（SQUID）的开发和应用而闻名于世，曾获得众多奖项，包括弗里茨伦敦奖（1987年）、康斯托克物理学奖（1999年）和英国皇家学会休斯奖章（2004年）。
德沃尔先生是1953年出生的法国物理学家。毕业于巴黎国立高等电信学院，后在奥赛大学（巴黎第十一大学）获得博士学位。 20 世纪 80 年代，他在克拉克的实验室做了两年博士后研究员，然后在法国萨克雷研究所领导了自己的研究小组。自2002年起在耶鲁大学任教，在电路量子电动力学领域取得开创性成果。他曾获得弗里茨·伦敦纪念奖（2014年）和约翰·斯图尔特·贝尔奖（2013年）等奖项。
马蒂尼斯是加州大学圣塔芭芭拉分校的物理学教授，2014年至2020年领导了谷歌的量子计算项目。2019年成功论证了“量子霸权”，引起了全世界的关注。目前是量子硬件初创公司 Qolab 的联合创始人。
产生三位获奖者的研究是 20 世纪 80 年代中期在 Clark 的实验室进行的。当时是博士后研究员的德沃尔先生和研究生马蒂尼斯先生合作进行了这项实验。约瑟夫森章克申我们首次证明可以在超导装置中在宏观尺度上观察到量子力学行为。具体来说，他们发现电流偏置的约瑟夫森结具有类似于原子的离散能级，并且表现出量子隧道效应。这一发现开启了将超导电路视为“人造原子”的可能性，并成为现代超导量子位的基础。
【编辑部评论】
物理学的新大门已经打开
在谈论未来时，量子计算这个词现在已经变得不可或缺。但我们对 40 年前的基本发现了解多少？ 2025 年诺贝尔物理学奖阐释了这个“起源的故事”。
Clark、Devore 和 Martinis 在 20 世纪 80 年代的发现在量子力学世界和我们的日常生活之间架起了一座桥梁。量子力学是研究极小粒子（通常是电子和光子）世界的物理学。然而，他们表明，称为超导电路的“可见”设备的量子力学行为与原子相同。这一刻开启了以可控方式利用量子神秘特性的可能性。
为什么现在才对这项研究进行评估？因为这项基础研究带来了实际的技术创新，开启了人类智力探索的新阶段。包括谷歌和IBM在内的公司竞相开发量子计算机，2019年，马蒂尼斯本人领导的团队展示了“量子霸权”。这项获奖研究是理论变为现实并进一步发展为产业的起点。
从“科技促进人类进化”的角度来看，这一发现不仅仅意味着技术进步。这是，获得超越人类认知极限、操控量子世界的能力这代表着人类进化的质的飞跃。
这项研究揭示了什么？
他们研究的核心在于对“宏观量子现象”的观察。这到底是什么意思？
量子力学告诉我们，电子和光子等极小的粒子的行为是随机且不确定的。但我们的日常生活——咖啡杯或汽车等“大”物体——并没有表现出这样的量子行为。那么，“小”和“大”的界限在哪里？
克拉克实验室进行的实验就是探索这个边界的尝试。他们使用一种称为约瑟夫森结的结构，该结构由两个被极薄绝缘体隔开的超导体组成，表明整个电路表现为一个单一的量子系统。值得注意的是，这个电路由数万亿个集体运动的电子组成，与单个原子一样具有离散的能级，并且可以吸收微波并跃迁到激发态。
更重要的是，量子隧道效应的观察是。在经典物理学中，无法穿过能量墙的粒子无法到达能量墙的另一侧。但量子力学允许粒子“穿过墙壁”并出现在另一侧。他们证明了宏观电流导致了这种隧道效应。这是，这一突破性的发现表明，量子力学不仅适用于微观世界，而且在某些条件下也适用于宏观世界。是的。
这项研究也是国际合作的成果。来自法国的德沃尔先生加入了英国人克拉克先生在美国建立的研究基地，与年轻的马蒂尼先生一起开展研究。此后，德沃尔先生在往返于法国和美国之间开展研究，并在耶鲁大学开辟了电路量子电动力学的新领域。马蒂尼斯致力于提高超导量子位的性能，最终实现了量子计算机。我们可以看到知识如何在全球研究网络中传承和发展。
它与我们的未来有何联系？
这项基础研究四十年后，量子计算现已成为现实。那么，今后我们的社会将发生怎样的变化呢？
最有前途的领域是药物发现和材料科学。量子计算机有潜力有效地模拟传统计算机难以计算的分子行为。它可以加速新药、更高效的太阳能电池和更强大的电池的开发。
加密技术也可能发生重大变化。当前的许多代码都依赖于对大数进行因式分解的难度，而量子计算机可以相对轻松地解决这些问题。另一方面，利用量子力学原理的新型“量子密码学”可以实现理论上牢不可破的通信。
与人工智能的结合也引起了人们的关注。正如马蒂尼斯在谷歌所做的那样，量子计算机可以极大地加速某些机器学习任务的速度。模式识别和优化问题解决可能会取得巨大进步。
然而，实际应用仍然存在许多挑战。量子位极其脆弱，即使是最轻微的环境噪音也会导致错误。尽管量子纠错技术的发展正在取得进展，但实现大规模实用化量子计算机可能还需要10到20年的时间。
尽管如此，这个奖项还是显示了基础研究的重要性。 40 年前“人造原子”的发现使得今天的量子计算革命成为可能。今天的基础研究将成为50年、100年后技术创新的种子。从人类扩展的角度来看，量子计算将成为扩展我们思维能力的工具，让我们能够解决以前无法解决的问题。
回顾研究背景
量子计算本身的想法实际上可以追溯到 20 世纪 80 年代初。在 1982 年的一次演讲中，传奇物理学家理查德·费曼 (Richard Feynman) 指出，我们需要量子计算机来模拟量子系统。马蒂尼斯本人表示，他在读研究生时听了费曼的演讲后决定从事这一领域。
然而，理论与实验之间存在巨大差距。如何在物理上实现量子位以及如何控制它们是悬而未决的问题。 Clark 先生自 20 世纪 60 年代以来一直在研究约瑟夫森结，并开发了一种名为 SQUID 的极其灵敏的磁场传感器。正是有了这样的技术积累，才使得与Devore先生和Martinis先生的联合研究成为可能。
自1985年发现以来，超导量子位的研究发展迅速。 20 世纪 90 年代末，日本的 Yasunobu Nakamura 和他的同事成功演示了第一个超导量子位，并在 2000 年代开发了一种名为 transmon 量子位的卓越设计。 Devore 和 Robert Schoelkopf（耶鲁大学）开创了一种称为电路量子电动力学的新方法，建立了一种精确控制量子位之间相互作用的方法。
纵观诺贝尔物理学奖的历史，与量子力学和超导相关的奖项有很多。 1973年，Leona Ezaki因其对隧道效应的研究而获奖，2003年，Alexey Abrikosov等人因其超导理论而获奖。该奖项是先前研究的成果，可以说它因打开了新技术革命的大门而受到认可。
在人类科技史上，这一发现“量子信息时代”的曙光它将作为一个宣告未来的事件而被人们铭记。从经典比特到量子比特——这种范式转变可与之前从蒸汽机到电力、从真空管到晶体管的技术革命相媲美。
【术语解释】
约瑟夫森枢纽站：一种结构，其中两个超导体被极薄的绝缘体（通常为 1 至 2 纳米）分隔开。布赖恩·约瑟夫森 (Brian Josephson) 在 1962 年预测，这种效应允许超导电子对（库珀对）“隧道”穿过绝缘体。它具有即使电压为零也能让电流流动，并在施加电压时发射高频电磁波的特殊性质。用作超导量子比特的基本元件。
量子隧道：量子力学粒子穿过经典物理学无法克服的能量势垒的现象。它的名字来源于粒子在墙的另一侧看起来像“隧道”的事实。从太阳中的核聚变反应到半导体器件，隧道效应在自然和技术中都发挥着重要作用。这项获奖研究具有开创性，因为它表明由数万亿电子组成的“宏观”电流会引起隧道效应。
超导量子比特：使用超导电路实现的量子信息的基本单位。普通计算机位只能取值 0 或 1，而量子位可以呈现 0 和 1 的“叠加”状态。超导量子位在极低的温度（接近绝对零）下运行，并以约瑟夫森结作为中心元件构建。这是谷歌和IBM的量子计算机所使用的方法。
量子超越性（Quantum Supremacy）：这个概念表明量子计算机可以解决即使是最强大的经典超级计算机也无法在现实时间内解决的问题。 Martinis 领导的谷歌团队于 2019 年首次使用名为 Sycamore 的 53 量子位处理器演示了这一点。传统计算机需要一万年才能完成的计算只用了200秒，标志着量子计算机实用化道路上的一个重要里程碑。
SQUID（超导量子干涉装置）：一种将两个约瑟夫森结合并成超导回路的装置。世界上最灵敏的磁场传感器，可以检测极微小的磁场变化（磁通量量子单位的百万分之一）。它具有广泛的应用，包括脑磁图测量、地质调查和量子位读出。克拉克先生被誉为 SQUID 技术的世界权威。
[参考链接]
诺贝尔基金会官方网站 – 2025 年物理学奖
https://www.nobelprize.org/prizes/physicals/2025/
诺贝尔奖的官方公布、获奖者详细信息以及科学背景材料将被公布。您还可以查看获奖原因和过往相关奖项的详细信息。
加州大学伯克利分校物理系 – John Clarke 教授
https://physical.berkeley.edu/people/faculty/john-clarke
您可以了解更多关于Clark先生的研究、SQUID技术的应用、量子比特读出技术等。
耶鲁大学 – 米歇尔·德沃雷教授
https://seas.yale.edu/faculty-research/faculty-directory/michel-devoret
介绍了Devore先生在电路量子电动力学方面的研究以及他在量子纠错方面的工作。
加州大学圣塔芭芭拉分校物理系 – John Martinis 教授
https://www.physicals.ucsb.edu/people/john-martinis
您可以了解 Martinis 先生的超导量子计算研究以及他在 Google 的量子霸权演示项目。
IBM Quantum – 量子计算简介
https://www.ibm.com/quantum
从量子计算的基础知识到最新的研究和开发，我们为公众提供解释和服务，让您可以在云端试用量子计算机。
[参考文章]
米歇尔·德沃雷 - 维基百科
https://en.wikipedia.org/wiki/Michel_Devoret
详细总结了德沃尔先生的职业生涯、主要研究成果和奖项。其中提到了2025年诺贝尔物理学奖。
约翰·克拉克（物理学家）——维基百科
https://en.wikipedia.org/wiki/John_Clarke_（物理学家）
全面讲解克拉克的一生、SQUID技术的发展以及对量子物理学的贡献。
加州大学圣巴巴拉分校/谷歌团队取得巨大计算突破
https://www.universityofcalifornia.edu/news/uc-santa-barbaragoogle-team-makes-huge-computing-breakthrough
这是一篇详细介绍Martinis先生和他的研究团队在2019年量子霸权论证方面所做努力的文章。
耶鲁新闻 – Devoret、Schoelkopf 因量子进步荣获康斯托克物理学奖
https://news.yale.edu/2024/01/22/devoret-schoelkopf-awarded-comstock-prize-physicals-quantum-advances
它解释了德沃尔先生在电路量子电动力学方面的成就以及他与合作者的关系。
量子信息超导电路：展望（《科学》，2013 年）
https://www.science.org/doi/10.1126/science.1231930
Devore 先生和 Schoelkov 先生的重要评论论文总结了超导量子电路的未来前景。讨论了量子纠错的需求和挑战。