約翰·克拉克（左）、米歇爾·德沃雷特（中）和約翰·馬丁尼斯。

在量子力學(xué)誕生百年的2025年，這個(gè)領(lǐng)域又增添了新的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

10月7日，2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉，分別授予美國科學(xué)家約翰·克拉克（John Clarke）、米歇爾·德沃雷特（Michel Devoret）和約翰·馬丁尼斯（John Martinis），以表彰他們“發(fā)現(xiàn)了電路中的宏觀量子力學(xué)隧穿效應(yīng)和能量量子化”。

“我完全驚呆了，我從來沒有想過會(huì)拿到諾貝爾獎(jiǎng)。”當(dāng)?shù)弥约韩@獎(jiǎng)時(shí)，克拉克大吃一驚。1984年和1985年，克拉克帶著他的博士后德沃雷特和學(xué)生馬丁尼斯，針對(duì)由超導(dǎo)體構(gòu)建的電子電路做了一系列實(shí)驗(yàn)，證明了量子不僅存在于微觀世界，它的奇異特性還可以在像手掌那么大的宏觀系統(tǒng)中具象體現(xiàn)。

諾貝爾物理學(xué)委員會(huì)主席奧勒·埃里克森（Olle Eriksson）表示：“能夠慶祝百年歷史的量子力學(xué)不斷帶來新的驚喜，這真是太棒了。量子力學(xué)是極其有用的，因?yàn)樗撬袛?shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)?！?/p>

“獎(jiǎng)項(xiàng)似乎給得有點(diǎn)早”

《中國科學(xué)報(bào)》：時(shí)隔3年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)再次頒給了量子力學(xué)領(lǐng)域，你對(duì)此有何感想？

中國科學(xué)院物理研究所研究員梁文杰：我沒想到宏觀量子效應(yīng)和能量量子化會(huì)獲獎(jiǎng)，但仔細(xì)想，它們確實(shí)是比較基礎(chǔ)的概念，獲獎(jiǎng)也很合理。只不過，目前這兩個(gè)概念在應(yīng)用領(lǐng)域并沒有實(shí)現(xiàn)革命性爆發(fā)，獎(jiǎng)項(xiàng)似乎給得有點(diǎn)早。這是我個(gè)人的判斷。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任郭國平：首先，我覺得這次諾獎(jiǎng)比較大膽，畢竟量子計(jì)算的超導(dǎo)路線目前并未完全走通或一定能成功；其次，我認(rèn)為這代表了西方科學(xué)界對(duì)量子計(jì)算的鼓勵(lì)態(tài)度，是一種導(dǎo)向。

從事超導(dǎo)量子計(jì)算研究的匿名科學(xué)家：純粹個(gè)人看法，我認(rèn)為是早了。等超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)真正落地的那天再頒發(fā)給他們，可能才是最有說服力的。因?yàn)橐坏┱嬲龑?shí)現(xiàn)了超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，將直接改變?nèi)祟愄幚硇畔⒌母窬帧?/p>

但這其實(shí)也正是我想呼吁的，因?yàn)槲姨貏e擔(dān)心諾獎(jiǎng)?lì)C給超導(dǎo)量子計(jì)算的開創(chuàng)者后，大家會(huì)認(rèn)為超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)會(huì)馬上實(shí)現(xiàn)，更擔(dān)心別有用心者會(huì)過度炒作甚至消費(fèi)量子計(jì)算機(jī)。這對(duì)我們真正做超導(dǎo)量子計(jì)算的人而言是一種傷害。

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授李曉鵬：頒獎(jiǎng)前我在想，這次物理學(xué)獎(jiǎng)大概率會(huì)頒給量子領(lǐng)域的科學(xué)家，因?yàn)榻衲陝偤檬乾F(xiàn)代量子力學(xué)誕生100周年。我沒有想到是這3位科學(xué)家，但他們絕對(duì)實(shí)至名歸。我作為量子領(lǐng)域的科研人員，心情非常激動(dòng)，也很受鼓舞。

上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院教授李亮：宏觀量子力學(xué)隧穿效應(yīng)和能量量子化雖然是相對(duì)小眾的領(lǐng)域，但至少屬于物理學(xué)。因此，聽到物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給這個(gè)領(lǐng)域后，我有一種如釋重負(fù)的感覺，物理學(xué)獎(jiǎng)終于“回歸正?！绷?。

諾獎(jiǎng)評(píng)選近兩年發(fā)生了很大變化，可能是諾獎(jiǎng)委員會(huì)“與時(shí)俱進(jìn)”的結(jié)果。今年它一方面強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)前沿理論，另一方面又密切聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用。從這個(gè)意義上講，諾獎(jiǎng)委員會(huì)是下了一番功夫的。

為超導(dǎo)量子計(jì)算發(fā)展奠定基礎(chǔ)

《中國科學(xué)報(bào)》：能否通俗介紹一下“宏觀量子力學(xué)隧穿效應(yīng)和能量量子化”？這個(gè)研究有什么“用處”？

梁文杰：“量子隧穿效應(yīng)”通俗講就是嶗山道士念咒語后穿到了墻的另一邊，這是量子力學(xué)的基本特點(diǎn)。今年諾獎(jiǎng)涉及的“宏觀量子隧穿”，是說隧穿效應(yīng)達(dá)到了可以宏觀觀測的程度，即毫米級(jí)甚至更大尺度。我們身邊常見的宏觀量子效應(yīng)是超導(dǎo)體。

“能量量子化”是指能量只能一份一份地變化。就像水龍頭里的水，經(jīng)典條件下想調(diào)大流速，需要把水龍頭開大；但如果是量子化的，比方說水流只能每秒流1立方、2立方、3立方，但想調(diào)到1.5立方就做不到了。幾位諾獎(jiǎng)得主發(fā)現(xiàn)宏觀電路也存在量子化行為，可以借此進(jìn)行精準(zhǔn)的能量和信息傳輸與校準(zhǔn)。

傳統(tǒng)量子隧穿效應(yīng)都存在于非常小的體系中，這次獲獎(jiǎng)的工作證明量子隧穿也可以出現(xiàn)在手里拿的器件中，且發(fā)現(xiàn)了其中的能量量子化效應(yīng)。這一效應(yīng)有可能成為未來電路的基礎(chǔ)，即電子電路不再只依靠數(shù)電子電量控制信息，而是通過宏量的電子相位相干調(diào)控來控制信息。這可能是諾獎(jiǎng)委員會(huì)看重的。

李曉鵬：兩次諾獎(jiǎng)的領(lǐng)域很不一樣。量子力學(xué)最初是為了解釋原子、電子等非常微觀的粒子行為。2022年，3位科學(xué)家正是因?yàn)樵趩喂庾映叨壬向?yàn)證了量子糾纏現(xiàn)象而獲獎(jiǎng)。今年的3位得主則是在宏觀器件中發(fā)現(xiàn)了量子力學(xué)隧穿和能量量子化。

在此之前，科學(xué)家并不知道能否在宏觀的人造器件中觀測到量子現(xiàn)象，但他們3人通過設(shè)計(jì)超導(dǎo)電路系統(tǒng)，成功觀測到量子力學(xué)效應(yīng)，顛覆了以往的認(rèn)知。這個(gè)發(fā)現(xiàn)為之后超導(dǎo)量子計(jì)算的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，谷歌現(xiàn)在推動(dòng)的超導(dǎo)量子計(jì)算路線正源于此。

李亮：隧穿效應(yīng)、能級(jí)量子化都是量子力學(xué)領(lǐng)域非?；镜奈锢砀拍睿瑫r(shí)又和下一代量子技術(shù)密切相關(guān)，量子比特、量子計(jì)算、量子傳感、量子密碼等技術(shù)都從此概念出發(fā)。離開能級(jí)的量子化，所有這些量子電路的功能都無法實(shí)現(xiàn)。

匿名科學(xué)家：在量子力學(xué)領(lǐng)域，有一個(gè)自然的問題是量子力學(xué)在宏觀體系中是不是也適用？他們40年前的這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，正是從科學(xué)角度證明了宏觀體系一樣遵循量子力學(xué)規(guī)律。他們?cè)陔娐分邪褱囟?、噪聲等干擾降到極低水平，證明了宏觀體系中存在相同的量子效應(yīng)，這直接催生了超導(dǎo)量子計(jì)算的發(fā)展?？傊?，一是它有很深的物理思想，就是量子力學(xué)的適用范圍；二是它促進(jìn)了超導(dǎo)量子計(jì)算的誕生和發(fā)展。

不會(huì)因?yàn)橐淮沃Z獎(jiǎng)就一定“前景光明”

《中國科學(xué)報(bào)》：此次獲獎(jiǎng)會(huì)給量子力學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域未來發(fā)展帶來怎樣的影響？我國的布局如何？

匿名科學(xué)家：3位開創(chuàng)者雖然開辟了超導(dǎo)量子計(jì)算路線，但同時(shí)指出了其中的難點(diǎn)——如何把宏觀量子體系的噪聲、溫度等各種干擾因素降到單量子水平，尤其是在達(dá)到一定規(guī)模后，這背后的科學(xué)問題和工程問題極其復(fù)雜。所以，我希望大家對(duì)量子計(jì)算機(jī)研發(fā)仍保持耐心，這個(gè)領(lǐng)域并不會(huì)因?yàn)楂@頒諾獎(jiǎng)就一定前景光明、一帆風(fēng)順。

上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院教授羅衛(wèi)東：今年的諾獎(jiǎng)?lì)C給他們，主要是因?yàn)槠溲芯康某瑢?dǎo)約瑟夫森結(jié)展現(xiàn)出宏觀量子性質(zhì)，包括量子隧穿和量子化能級(jí)。這是我們發(fā)展下一代量子技術(shù)的基礎(chǔ)，我認(rèn)為這是建造未來量子計(jì)算機(jī)最重要的技術(shù)路線，對(duì)我國量子計(jì)算發(fā)展具有鼓勵(lì)和推動(dòng)作用。

李曉鵬：目前，量子計(jì)算開始從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用，我們也在關(guān)注量子計(jì)算是否可以在一些有價(jià)值的問題上展現(xiàn)出應(yīng)用優(yōu)勢，但具體落地還需要時(shí)間?，F(xiàn)在確實(shí)是量子科技發(fā)展的大時(shí)代，獲得諾獎(jiǎng)只是一個(gè)方面，接下來肯定會(huì)引發(fā)社會(huì)各界越來越多的關(guān)注，推動(dòng)量子計(jì)算從基礎(chǔ)科學(xué)向應(yīng)用發(fā)展。

梁文杰：現(xiàn)在主流的量子計(jì)算路徑包括超導(dǎo)量子計(jì)算、光量子計(jì)算、冷原子量子計(jì)算，以及硅自旋量子計(jì)算等，最接近工程化的可能就是超導(dǎo)量子計(jì)算。目前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)對(duì)此貢獻(xiàn)很大，中國科學(xué)院物理研究所、復(fù)旦大學(xué)等諸多單位也在這個(gè)方面貢獻(xiàn)力量。中國量子計(jì)算在世界上有著重大影響力。

榮譽(yù)不只歸于“大佬”

《中國科學(xué)報(bào)》：你跟幾位獲獎(jiǎng)?wù)呤欠裼羞^交集？他們給你什么樣的印象？

羅衛(wèi)東：最年長的是克拉克，他一直在美國加州大學(xué)伯克利分校任教。20多年前，我在該校物理系讀博士時(shí)，經(jīng)常在物理系樓里碰到他。他個(gè)人特征挺明顯的，一個(gè)笑瞇瞇的高個(gè)子老頭。

匿名科學(xué)家：現(xiàn)在美國做量子計(jì)算的人中，許多都是克拉克的“徒子徒孫”?？死撕苡写罂茖W(xué)家的風(fēng)范。我記得有次開會(huì)，他的學(xué)生把他圍在中間，熱火朝天地討論量子計(jì)算相關(guān)問題。

德沃雷特是一個(gè)非常執(zhí)著的人。記得一次在日本開會(huì)，他作完報(bào)告后我上前請(qǐng)教幾個(gè)學(xué)術(shù)問題，他非常嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真地問我問題是什么，然后才條分縷析地答復(fù)我。馬丁尼斯則是一個(gè)非常活躍且思路開闊的人，關(guān)于他的“江湖傳說”有很多。

郭國平：我們課題組沒有與這3位科學(xué)家合作過，但早年間在幾次會(huì)議上遇到過，其中馬丁尼斯應(yīng)該是最知名的。當(dāng)年打造谷歌量子計(jì)算機(jī)，他功不可沒。馬丁尼斯是非常純粹的科學(xué)家，特別專注于技術(shù)細(xì)節(jié)，對(duì)技術(shù)要求非常高，而且總能一點(diǎn)一點(diǎn)地往前做。

李曉鵬：我在一些會(huì)議上和馬丁尼斯打過交道，一起喝過酒也聊過天。他是一位典型的美國科學(xué)家，對(duì)自己的研究非常有熱情，也很隨和，很愿意和年輕人打成一片，探討科學(xué)問題。

我最近一次見到他是在2018年，我們聊了未來超導(dǎo)量子計(jì)算的發(fā)展方向。這一年剛好是一個(gè)很關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)——馬丁尼斯領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了72量子比特的新量子處理器Bristlecone。這項(xiàng)工作使超導(dǎo)量子比特的錯(cuò)誤率降到量子糾錯(cuò)的閾值，意味著未來有可能做成超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。當(dāng)時(shí)，馬丁尼斯對(duì)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展表示了巨大的信心。回過頭來看，超導(dǎo)量子計(jì)算的發(fā)展趨勢和他當(dāng)時(shí)的預(yù)測一致。比如2024年12月，谷歌發(fā)布了最新量子芯片Willow，不過那時(shí)馬丁尼斯已經(jīng)離開谷歌了。

梁文杰：師生組合獲諾獎(jiǎng)的比較少，這鼓勵(lì)了所有年輕老師和學(xué)生，榮譽(yù)并不只歸于“大佬”，他們3位在該成果中的貢獻(xiàn)都得到了認(rèn)可。

《中國科學(xué)報(bào)》：此次諾獎(jiǎng)的頒發(fā)對(duì)我們有何啟發(fā)？

郭國平：作為從業(yè)者，只覺得肩上的壓力更大、擔(dān)子更重了。

李曉鵬：我認(rèn)為，國內(nèi)的量子科技，包括量子計(jì)算、量子通信和量子精密測量，已經(jīng)發(fā)展到與國外同樣的水平。但也要承認(rèn)，我國在基礎(chǔ)科學(xué)創(chuàng)新、人才積累方面，與美國仍有一定差距。

羅衛(wèi)東：今年的諾獎(jiǎng)屬于凝聚態(tài)物理領(lǐng)域。在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域做科研的大部分是小團(tuán)隊(duì)，一個(gè)導(dǎo)師帶著幾個(gè)學(xué)生、博士后在干。很多時(shí)候，小科研團(tuán)隊(duì)開展自由探索型研究，也能夠作出很重要的貢獻(xiàn)。

梁文杰：我覺得，每位年輕的科研人員要找到“讓自己一談起來兩眼發(fā)光”的領(lǐng)域，不必在意這個(gè)領(lǐng)域是否能得到諾貝爾獎(jiǎng)，關(guān)鍵在于你是否感興趣并且認(rèn)為這個(gè)工作特別重要，值得花一輩子去追求。