2025年10月7日，瑞典皇家科學院宣布，三名科學家因在量子力學領域的貢獻獲2025年諾貝爾物理學獎。

困擾物理學家的一個重要問題是，能夠展示量子力學效應的系統可以達到多大尺度。

今年的諾貝爾物理學獎獲得者通過進行電路實驗，在一個足夠大的系統中展示了量子隧穿效應和能量量子化。諾獎評委會認為，他們通過一系列實驗，證明了量子世界的某些奇異特性（如量子隧穿）可以被“握在手中”的宏觀系統體現出來。

三位獲獎者皆就職于美國的大學。其中，約翰·克拉克 (John Clarke)為加州大學伯克利分校教授，邁克·H·德沃雷特 (Michel H. Devoret)為紐黑文耶魯大學和加州大學圣巴巴拉分校教授，約翰·M·馬蒂尼斯 (John M. Martinis)是加州大學圣巴巴拉分校教授。三位獲獎者將平分1100萬瑞典克朗（約合836萬元人民幣）獎金。

計算機微芯片中的晶體管是量子技術在應用中的一個成熟案例。今年的獲獎者的研究為開發下一代量子技術提供了機會，如量子密碼學、量子計算機和量子傳感器等的研發。

如諾貝爾物理學委員會主席奧勒·埃里克松（Olle Eriksson）所言， “能夠見證擁有百年歷史的量子力學不斷帶來新驚喜，真是太棒了。同時它也極具實用性，因為量子力學是所有數字技術的基石。” 

01 “最小”的力量

與相對論一起，量子物理學是所謂的現代物理學的基礎。量子力學描述了單個粒子的尺度上重要的屬性，這些描述微觀尺度上的物質行為，與由大量粒子組成的宏觀現象形成鮮明對比。

例如，我們知道，一個球，由天文數字的粒子構成，每次它被扔到墻上時，都會彈回來。然而，單個粒子有時會直接穿越勢壘，這種量子力學現象被稱為“穿隧效應”。

今年的諾貝爾物理學獎獲得者們正是展示如何在宏觀尺度上觀察量子“隧道”的實驗。

1984年和1985年，在加州大學伯克利分校，克拉克、德沃雷特和馬蒂尼斯進行了一系列實驗。他們用兩個超導體建造了一個電子電路，用一層薄薄的絕緣材料隔開超導元件。在這個實驗中，他們表明他們可以控制和研究當電流通過時產生的現象，即超導體中所有帶電粒子運行時，就好像它們是填滿整個電路的單個粒子一樣。

這個宏觀的類粒子系統，最初處于一種電流流動而沒有任何電壓的狀態。系統受限于此狀態，仿佛被一道無法穿越的墻所阻擋。在實驗中，該系統通過隧穿效應成功脫離零電壓狀態，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來檢測的。

獲獎者們還證明了該系統的行為遵循量子力學的預測——它是量子化的，意味著它僅吸收或釋放特定數量的能量。

當前，量子信息正在逐步從實驗室走向現實應用。三位獲獎者的研究將量子世界從微觀粒子和抽象的思想實驗，成功帶入了可被精確設計和操控的宏觀工程系統中，為現代量子計算和量子科學的發展鋪平了道路。

02 為人類利益作出貢獻者

量子力學自誕生以來，催生了晶體管、激光等重大發明，這被科學界稱為第一次量子革命。近年來，以量子計算和量子通信為代表的第二次量子革命又在興起。

2022年的諾貝爾物理學獎也頒給了在量子糾纏實驗領域作出突破性貢獻的科學家。百年量子力學的興起，帶來了原子能、半導體、激光、核磁共振、超導和全球衛星定位系統等重大技術的發明，從根本上改變了人類的生活方式和社會面貌。

也許，這正應和了阿爾弗雷德·諾貝爾在1895年的遺囑中所期待的，“我所有剩余的可變現資產將按以下方式支付：由我的遺囑執行人將資金轉換為安全證券，設立基金，其利息將作為獎勵給予那些在前一年為人類利益作出最大貢獻的人……”

物理學是阿爾弗雷德·諾貝爾首先提到的獎項領域，“利息平均分成五份，分配如下：一部分給在物理學領域做出最重要的發現或發明的人”。 

阿爾弗雷德·諾貝爾的四頁遺囑之一。圖片來自于諾貝爾獎官網

在19世紀末，很多人視物理學為最重要的科學，也許諾貝爾也是這樣看待的。他自己的研究也與物理學密切相關。

第一批諾貝爾獎于1901年頒發，此后每年頒發一次。除了在第一次世界大戰（1914-1918）和第二次世界大戰（1939-1945）期間有缺。

每年9月，諾貝爾委員會都會邀請選定的專家、往屆獲獎者和學者進行的第一輪選拔，在翌年1月之前提交提名，然后由委員會細篩一遍，確定初步人選名單后發給相關領域的專家，邀請他們對候選人的工作進行評估。

最后，委員會根據專家的評估結果，從20位初步候選人中選出他們推薦的最終候選人。提名結果不公開，委員會成員50年內不得討論其決定。

在整個諾貝爾物理學獎的評選過程中，委員會是十分重要的存在，執行全部流程。一般而言，委員會一共有五名正式成員，一名秘書和幾名輔助成員，由瑞典皇家科學院推舉產生，任期三年。