三位量子力學(xué)學(xué)者折桂2025年諾貝爾物理學(xué)獎

2025年諾貝爾物理學(xué)獎得主

導(dǎo)讀

北京時間10月7日，2025年諾貝爾物理學(xué)獎在瑞典皇家科學(xué)院揭曉。

今年該獎項授予3位量子力學(xué)方面的專家，表彰他們 “ 發(fā)現(xiàn)宏觀量子力學(xué)隧穿效應(yīng)及電路中的能量量子化現(xiàn)象” 。

到底他們在這一領(lǐng)域做出了哪些開創(chuàng)性工作？

常春藤、林巖 | 整理

10月7日，2025年諾貝爾物理學(xué)獎在瑞典皇家科學(xué)院揭曉。今年的物理學(xué)獎頒給了3位學(xué)者，表彰他們發(fā)現(xiàn)宏觀量子力學(xué)隧穿效應(yīng)及電路中的能量量子化現(xiàn)象。

獲獎?wù)呓榻B：

John Clarke 加州大學(xué)伯克利分校，美國

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

John M. Martinis 加州大學(xué)圣巴巴拉分校，美國

獲獎理由：

表彰他們在“ 因發(fā)現(xiàn)宏觀量子力學(xué)隧穿效應(yīng)及電路中的能量量子化現(xiàn)象”。

2025物理學(xué)獎解讀

物理學(xué)中的一個重大問題是：能夠展現(xiàn)量子力學(xué)效應(yīng)的系統(tǒng)最大尺寸是多少。今年的諾貝爾物理學(xué)獎得主們利用一個電路進(jìn)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(tǒng)中，量子力學(xué)隧穿效應(yīng)及量子化能級均能得以體現(xiàn)。

量子力學(xué)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(xué)效應(yīng)通常就變得微不足道了。而獲獎?wù)邆兊膶嶒灡砻?，量子力學(xué)特性可在宏觀尺度上得以具體體現(xiàn)。

1984年和1985年，John Clarke、Michel H. Devoret和John M. Martinis使用由超導(dǎo)體（一種能夠無電阻導(dǎo)電的元件）構(gòu)成的電子電路進(jìn)行了一系列實驗。在該電路中，超導(dǎo)元件被一層薄薄的非導(dǎo)電材料隔開，這種設(shè)置被稱為約瑟夫森結(jié)。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(dāng)電流通過電路時所產(chǎn)生的現(xiàn)象。這些通過超導(dǎo)體移動的帶電粒子共同構(gòu)成了一個系統(tǒng)，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(tǒng)最初處于一種無電壓但有電流流動的狀態(tài)。系統(tǒng)被困在這一狀態(tài)中，仿佛被一道無法跨越的屏障所阻擋。在實驗中，系統(tǒng)通過隧穿效應(yīng)成功逃離了零電壓狀態(tài)，從而展現(xiàn)了其量子特性。系統(tǒng)狀態(tài)的改變通過電壓的出現(xiàn)而被檢測到。

獲獎?wù)邆冞€證明了該系統(tǒng)的行為符合量子力學(xué)的預(yù)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(xué)不斷帶來新的驚喜，真是令人欣喜。量子力學(xué)作為所有數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)，其作用也是巨大的，”諾貝爾物理學(xué)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(shù)的一個例子。 今年的諾貝爾物理學(xué)獎為開發(fā)下一代量子技術(shù)，包括量子密碼學(xué)、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

2024年諾貝爾物理學(xué)獎得主

獲獎?wù)呓榻B：

John J. Hopfield 普林斯頓大學(xué)，新澤西州，美國

Geoffrey E. Hinton 多倫多大學(xué)，加拿大

獲獎理由：

表彰他們在“ 因在利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)機器學(xué)習(xí)方面的基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)和發(fā)明而獲獎”。

· 2023年

Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L’Huillier

獲獎?wù)呓榻B：

皮埃爾·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）：俄亥俄州立大學(xué)；

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

安妮·呂伊耶（Anne L’Huillier）：瑞典隆德大學(xué)

獲獎理由：

表彰他們“用于生成阿秒光脈沖以研究物質(zhì)中電子動態(tài)的實驗方法”領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。

· 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?wù)呓榻B：

法國巴黎薩克雷大學(xué)、巴黎綜合理工學(xué)院阿蘭·阿斯匹克特（Alain Aspect）、J.F.克勞塞協(xié)會約翰·克勞塞（John F. Clauser）以及奧地利維也納大學(xué)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(chuàng)量子信息科學(xué)”。

· 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?wù)呓榻B：

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(yù)測全球變暖”的貢獻(xiàn)，同時表彰喬治·帕里西“發(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)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?wù)呓榻B：

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

獲獎理由：

表彰他們在“黑洞研究及發(fā)現(xiàn)銀河系中央的超大質(zhì)量天體”方面的貢獻(xiàn)。

· 2019年

詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）、米歇爾·麥耶（Michel Mayor）和迪迪?！た迤潱―idier Queloz）

獲獎?wù)呓榻B：

一半授予了美國物理學(xué)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(xué)家，曾是師徒的米歇爾·麥耶（Michel Mayor）和迪迪?！た迤潱―idier 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(xiàn)”。

02

諾貝爾物理學(xué)獎的設(shè)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(xiàn)給 “在物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)做出最重要的發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的人”。

自1901年以來，一共頒發(fā)了115項諾貝爾物理學(xué)獎。該獎項有六年未頒發(fā)（1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年），諾貝爾物理學(xué)獎已授予218位獲獎?wù)撸渲屑s翰·巴丁（John Bardeen）曾兩次獲獎。

迄今為止，最年輕的諾貝爾物理學(xué)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(xué)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(jīng)96歲了。

03

物理學(xué)獎得主的提名和評選

諾貝爾物理學(xué)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(guān)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(xué)委員會向有能力和資格提名的人發(fā)送機密表格。

合格的提名人

根據(jù)法規(guī)，提交諾貝爾物理學(xué)獎提名書的權(quán)利應(yīng)由以下各方享有：

1、瑞典皇家科學(xué)院的瑞典和外國成員；

2、諾貝爾物理學(xué)委員會成員；

3、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者；

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

5、在科學(xué)院選擇的至少六所大學(xué)或大學(xué)學(xué)院（通常為數(shù)百所大學(xué)）中擔(dān)任相應(yīng)的教席，以確保在不同國家及其學(xué)習(xí)席位上的適當(dāng)分配；

6、學(xué)院可能認(rèn)為合適的其他科學(xué)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(xué)院負(fù)責(zé)遴選諾貝爾物理學(xué)獎獲得者?？茖W(xué)院任命諾貝爾物理學(xué)委員會，該委員會對被提名者進(jìn)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(quán)的成員組成，但多年來還包括有表決權(quán)的兼職成員。

委員會的提案會在學(xué)院的物理學(xué)專家群體中討論，他們可能會建議修改或向?qū)W院轉(zhuǎn)達(dá)不同的提案。最后，在學(xué)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(fā)獎項，但這種選擇很少出現(xiàn)。

誰有資格獲得諾貝爾物理學(xué)獎？

有資格獲得物理學(xué)獎的候選人是由獲得諾貝爾委員會邀請?zhí)峤恍彰怨┛紤]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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