三位量子力學學者折桂2025年諾貝爾物理學獎

2025年諾貝爾物理學獎得主

導讀

北京時間10月7日，2025年諾貝爾物理學獎在瑞典皇家科學院揭曉。

今年該獎項授予3位量子力學方面的專家，表彰他們 “ 發現宏觀量子力學隧穿效應及電路中的能量量子化現象” 。

到底他們在這一領域做出了哪些開創性工作？

常春藤、林巖 | 整理

10月7日，2025年諾貝爾物理學獎在瑞典皇家科學院揭曉。今年的物理學獎頒給了3位學者，表彰他們發現宏觀量子力學隧穿效應及電路中的能量量子化現象。

獲獎者介紹：

John Clarke 加州大學伯克利分校，美國

Michel H. Devoret 耶魯大學，紐黑文市，康涅狄格州 & 加州大學圣巴巴拉分校，美國

John M. Martinis 加州大學圣巴巴拉分校，美國

獲獎理由：

表彰他們在“ 因發現宏觀量子力學隧穿效應及電路中的能量量子化現象”。

2025物理學獎解讀

物理學中的一個重大問題是：能夠展現量子力學效應的系統最大尺寸是多少。今年的諾貝爾物理學獎得主們利用一個電路進行了實驗，在該電路中，他們證明了在足夠大、可用手持握的系統中，量子力學隧穿效應及量子化能級均能得以體現。

量子力學允許粒子通過一種稱為隧穿的過程直接穿過勢壘。一旦涉及大量粒子，量子力學效應通常就變得微不足道了。而獲獎者們的實驗表明，量子力學特性可在宏觀尺度上得以具體體現。

1984年和1985年，John Clarke、Michel H. Devoret和John M. Martinis使用由超導體（一種能夠無電阻導電的元件）構成的電子電路進行了一系列實驗。在該電路中，超導元件被一層薄薄的非導電材料隔開，這種設置被稱為約瑟夫森結。通過完善并測量其電路的各種特性，他們得以控制并探索當電流通過電路時所產生的現象。這些通過超導體移動的帶電粒子共同構成了一個系統，其行為如同一個填滿整個電路的單一粒子。

這一宏觀類粒子系統最初處于一種無電壓但有電流流動的狀態。系統被困在這一狀態中，仿佛被一道無法跨越的屏障所阻擋。在實驗中，系統通過隧穿效應成功逃離了零電壓狀態，從而展現了其量子特性。系統狀態的改變通過電壓的出現而被檢測到。

獲獎者們還證明了該系統的行為符合量子力學的預測——它是量子化的，即僅吸收或釋放特定量的能量。

“能夠見證已有百年歷史的量子力學不斷帶來新的驚喜，真是令人欣喜。量子力學作為所有數字技術的基礎，其作用也是巨大的，”諾貝爾物理學委員會主席Olle Eriksson說道。

計算機微芯片中的晶體管就是我們周圍已確立的量子技術的一個例子。 今年的諾貝爾物理學獎為開發下一代量子技術，包括量子密碼學、量子計算機和量子傳感器，提供了機遇。

01

近5年獲獎情況回顧

· 2024年

獲獎者介紹：

John J. Hopfield 普林斯頓大學，新澤西州，美國

Geoffrey E. Hinton 多倫多大學，加拿大

獲獎理由：

表彰他們在“ 因在利用人工神經網絡實現機器學習方面的基礎性發現和發明而獲獎”。

· 2023年

Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L’Huillier

獲獎者介紹：

皮埃爾·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）：俄亥俄州立大學；

弗倫茨·克勞斯（Ferenc Krausz）：馬普量子光學研究所和慕尼黑的路德維希-馬克西米利安大學

安妮·呂伊耶（Anne L’Huillier）：瑞典隆德大學

獲獎理由：

表彰他們“用于生成阿秒光脈沖以研究物質中電子動態的實驗方法”領域的貢獻。

· 2022年

阿斯匹克特（Syukuro Manabe）、約翰·克勞塞（Klaus Hasselmann）和安東·蔡林格（Giorgio Parisi）

獲獎者介紹：

法國巴黎薩克雷大學、巴黎綜合理工學院阿蘭·阿斯匹克特（Alain Aspect）、J.F.克勞塞協會約翰·克勞塞（John F. Clauser）以及奧地利維也納大學安東·蔡林格（Anton Zeilinger）。

獲獎理由：

表彰他們“用糾纏光子的實驗，建立對貝爾不等式的違反和開創量子信息科學”。

· 2021年

真鍋淑郎（Syukuro Manabe）、克勞斯·阿塞爾曼（Klaus Hasselmann）和喬治·帕里西（Giorgio Parisi）

獲獎者介紹：

一半授予真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和克勞斯·阿塞爾曼（Klaus Hasselmann）；另一半授予喬治·帕里西（Giorgio Parisi）。

獲獎理由：

表彰真鍋淑郎和克勞斯·阿塞爾曼“對地球氣候的物理建模、量化可變性和可靠地預測全球變暖”的貢獻，同時表彰喬治·帕里西“發現了從原子到行星尺度的物理系統中無序和漲落之間的相互影響”。

· 2020年

羅杰·彭羅斯 (Roger Penrose)、萊因哈德·根澤爾(Reinhard Genzel)和安德里亞·格茲(Andrea Ghez)

獲獎者介紹：

一半授予英國科學家羅杰·彭羅斯 (Roger Penrose)，另一半授予德國科學家萊因哈德·根澤爾(Reinhard Genzel)和美國科學家安德里亞·格茲(Andrea Ghez)。

獲獎理由：

表彰他們在“黑洞研究及發現銀河系中央的超大質量天體”方面的貢獻。

· 2019年

詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）、米歇爾·麥耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛茲（Didier Queloz）

獲獎者介紹：

一半授予了美國物理學家詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles），另一半授予了兩位瑞士天體物理學家，曾是師徒的米歇爾·麥耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛茲（Didier Queloz）。

獲獎理由：

以表彰他們“為理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置所做出的貢獻”。

02

諾貝爾物理學獎的設立

1895年11月27日，阿爾弗雷德·諾貝爾簽署了他的最后遺囑和遺囑，將他最大的財富份額給了一系列獎項，即諾貝爾獎。正如諾貝爾遺囑中所述，其中一部分獻給 “在物理學領域內做出最重要的發現或發明的人”。

自1901年以來，一共頒發了115項諾貝爾物理學獎。該獎項有六年未頒發（1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年），諾貝爾物理學獎已授予218位獲獎者，其中約翰·巴丁（John Bardeen）曾兩次獲獎。

迄今為止，最年輕的諾貝爾物理學獎獲得者是勞倫斯·布拉格（Lawrence Bragg），他在1915年與父親一起獲得諾貝爾獎時年僅25歲；最年長的諾貝爾物理學獎獲得者是亞瑟·阿什金（Arthur Ashkin），他在2018年獲得諾貝爾獎時已經96歲了。

03

物理學獎得主的提名和評選

諾貝爾物理學獎的提名只能通過委員會的邀請獲得，被提名人的姓名和有關提名的其他信息要到50年后才能透露。

提名和甄選程序

諾貝爾化學委員會向有能力和資格提名的人發送機密表格。

合格的提名人

根據法規，提交諾貝爾物理學獎提名書的權利應由以下各方享有：

1、瑞典皇家科學院的瑞典和外國成員；

2、諾貝爾物理學委員會成員；

3、諾貝爾物理學獎獲得者；

4、瑞典、丹麥、芬蘭、冰島和挪威的大學和技術研究所以及斯德哥爾摩卡羅林斯卡學院化學科學系的常任教授；

5、在科學院選擇的至少六所大學或大學學院（通常為數百所大學）中擔任相應的教席，以確保在不同國家及其學習席位上的適當分配；

6、學院可能認為合適的其他科學家邀請他們提出建議。

諾貝爾獎獲得者的評選

瑞典皇家科學院負責遴選諾貝爾物理學獎獲得者。科學院任命諾貝爾物理學委員會，該委員會對被提名者進行篩選，并為最終候選人提出建議。該委員會名義上由五名有投票權的成員組成，但多年來還包括有表決權的兼職成員。

委員會的提案會在學院的物理學專家群體中討論，他們可能會建議修改或向學院轉達不同的提案。最后，在學院的最后一次會議上提出其他建議。原則上可以建議本年度不頒發獎項，但這種選擇很少出現。

誰有資格獲得諾貝爾物理學獎？

有資格獲得物理學獎的候選人是由獲得諾貝爾委員會邀請提交姓名以供考慮的合格人士提名的候選人。沒有人有提名自己的資格。

參考資料

1.NobelPrize.org

2.The Royal Swedish Academy of Sciences - NobelPrize.org

3.The Nobel Prize in Chemistry 2021 - NobelPrize.org

4.Nomination and selection of physics laureates - NobelPrize.org

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