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

小大

用微信扫描二维码
分享至好友和朋友圈

关键词：

2025-10-07 22:02:54 新浪财经

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。

自量子力学诞生以来，其结论就一直挑战着人们的直觉。其中最著名的莫过于“薛定谔的猫”思想实验：由于放射性原子核的衰变处于“衰变”与“未衰变”的叠加态，一只与之关联的猫，也因此处在“生”与“死”的叠加态。这个思想实验形象地指出了将量子法则应用到宏观世界是何等荒谬。在现实世界中，我们从未见过一只“既生又死”的猫，这是因为宏观物体与周围环境存在着无法避免的相互作用，这种相互作用会极快地破坏掉精巧的量子叠加态。

12 3 全文共 3 页下一页

关闭

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

相关新闻

今日热点

频道热点

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