获诺奖的3名量子物理学家研究了啥开创未来生活新技术

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2025-10-08 07:59:57 新京报评论

2025年诺贝尔物理学奖表彰了宏观量子力学研究的重要成果，这将对人类未来的生活产生深远影响。获奖者为约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷和约翰·M·马蒂尼斯，他们在电路中实现了宏观量子力学隧穿效应和能量量子化。

量子力学自1925年诞生以来，已经走过了百年历程。诺贝尔物理学委员会主席奥勒·埃里克松表示，量子力学不断带来新的惊喜，并为数字技术提供了基础。尽管许多人对电路中的宏观量子力学隧道效应和能量量子化仍感到困惑，但这些发现揭示了量子物理学的实际应用。获奖者通过实验展示了量子力学隧道效应和量子能级可以操控于掌中。

量子隧道效应是指电子等微观粒子能够穿越经典物理学认为不可逾越的能量势垒的特性。这种现象可以通俗地解释为“穿墙术”，在现实物理世界中是无法实现的，但在量子世界中，电子有一定概率以波的形式穿越势垒。能量量子化则是指微观系统中能量的变化是以不连续的、离散的最小单位，即量子的形式进行。能量只能存在于特定的能级上，而不能存在于任意高度。今年获奖者的贡献在于，他们通过实验表明，量子力学特性可以在宏观尺度上具体化。

量子力学允许粒子使用被称为隧道效应的过程直接穿过屏障。获奖者还证明，宏观的粒子状系统只吸收或发射特定量的能量。这些发现不仅在半导体设备如隧道二极管和超导量子干涉器中有应用，也是太阳核聚变产生光与能量的核心机制。隧道二极管是一种具有负微分电阻特性的半导体器件，在高速电子设备中具有重要应用，如射频振荡器、高频开关和变频器等。此外，隧道二极管在微波通信、雷达系统以及其他高速电子仪器中也有重要作用。

早在1966年，华裔科学家高锟提出了光导纤维在通信上的应用原理，光纤通信快速发展并在20世纪80年代广泛应用于电信行业。如今，宏观量子力学隧道效应和能量量子化可能超越光纤通信，发展到微波通信。一旦理论突破并转化到技术，便可以提供更好更快的无线宽带，还可以作为手机、电视、通信卫星的有效信号传递。

量子力学隧道效应在太阳核聚变中同样作用巨大。太阳通过核聚变产生的能量会以光子和粒子的形式从核心向外传输，维持地球上所有生命活动。太阳核聚变正是利用量子力学的隧道效应实现的，这种效应允许像质子这样的粒子“穿过”能量壁垒。这个过程不仅使得太阳在相对低的温度下能够发生核聚变，而且保证了太阳能够维持数十亿年的寿命。

今年诺贝尔物理学奖表彰的宏观量子力学隧道效应和能量量子化研究成果，将开创人类未来的生活。尽管目前看起来还比较遥远，但在半导体、量子计算机、微波通信、手机等方面的应用，我们已经看见了曙光。

(责任编辑：zx0001)

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