来源：米兰体育官方APP下载    发布时间：2025-11-15 14:36:24

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  量子效应一般局限于微观标准，答应在经典和量子状况之间进行概念别离。但是，这种清晰的边界遭到了超流体和超导体等中，微观数量的粒子处于单一的团体量子态。本年度的诺贝尔物理学奖赞誉了约翰·克拉克（John Clarke）、米歇尔·德沃雷特（Michel Devoret）和约翰·马丁尼斯（John Martinis）的一起作业，

  在超导体中，电子配对构成一个以量子相位为特征的凝团体，这是一个能够随时间或空间改变的团体自由度。当两个超导区域被一个薄的绝缘势垒离隔，构成约瑟夫森结时，这两个区域之间的相位差答应电流无电阻地流过结。约瑟夫森效应的发现是1973年诺贝尔物理学奖的主题，它在本年度的奖项中发挥了核心作用。

  超导体量子相位的动力学类似于一个粒子在势能景象中运动。约瑟夫森结经过在能量剖面中引进非线性、振动结构来修正这个景象，这种结构一般会发生多个亚稳态的能级极小值，如图1所示。

  势能景象的多个最小值对应于微观超导态的不同构型。假如超导相位遵守量子力学，那么应能够使用这些不同的构型来观丈量子现象——例如，两种不同状况的微观叠加或最小值之间的量子隧穿。但是，因为微观物体一般会遭到环境相互作用的影响，导致耗散和退相干，因而此类现象一般在微观标准上是不行观测的。

  在1980年代，理论剖析标明，假如耗散满足弱小，量子效应的确能够在微观体系中被观测到。他们主张，最简略的途径是寻觅超导相位从亚稳态到能量较低的量子地道效应——这样的一个进程触及超导体中电子的团体量子态。尽管热效应也或许会引起量子相位逸出势阱，但在低温下，这些效应被按捺，使得量子隧穿成为首要机制。

  在这些理论猜测之后，几项关于具有约瑟夫森结的超导电路的试验报告了与微观量子隧穿共同的行为。但是，当克拉克、德沃雷特和马丁尼斯设法经过经典丈量确认一切必要的电路参数时，决定性的一步就来了。这使得理论与试验之间能够有用的进行直接的定量比较，而且观测到的隧穿速率与猜测成果准确符合，而无需用任何可调理参数。

  此外，获奖者们证明，亚稳态势阱内存在量子化的能级（图1中的水平线），这些能级与团体相位的不同量子态相关联。他们使用微波（图1中的波涛线）来驱动体系从一个状况到另一个状况，这反过来改变了观测到的量子隧穿速率。

  这些将超导相位作为量子自由度进行操控的技能，为现代的超导量子比特奠定了根底。尔后的几十年里，超导量子电路日益杂乱，使其成为构建量子计算机比赛中的首要候选者。

  从更根底的视角来看，观测和操控微观量子现象的尽力仍在持续。微观量子隧穿已在其他体系（例如单分子磁体）中被观测到。除了处理关于经典与量子范畴之间距离的遗留问题外，大型量子体系还被纳入了拟议的量子引力测验中。

  约瑟夫森结的关键作用突显了克拉克、德沃雷特和马丁尼斯在前期诺贝尔奖认可的作业根底上取得了他们的打破。鉴于他们的发现已对使用物理和根底物理发生巨大影响，未来根据他们根底性奉献的研讨很有或许会带来另一个奖项。这展现了科学中思维和使用的前进：每一代人都建立在前人成功的根底上，一起推进科学向前跨进。