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2025年諾貝爾物理學獎 用人類的尺度揭示量子特性
2025年諾貝爾物理學獎 用人類的尺度揭示量子特性2025年諾貝爾物理學獎 用人類的尺度揭示量子特性
這種隧穿現象表明，實驗中那些協調運動的庫珀對，表現得就像壹個巨大的單壹粒子。當科學家們進壹步觀察到系統具有分立的、量子化的能級時，這壹結論得到了進壹步證實。
量子力學之所以得名，正是源於人們發現微觀過程中的能量，是以離散的“包”（即量子）形式存在的。今年的叁位獲獎者向零電壓狀態引入了不同波長的微波，發現其中某些頻率的微波被系統吸收，導致系統躍遷到更高的能級。這表明：當系統能量更高時，零電壓狀態的持續時間更短——這正是量子力學所預測的結果。
理論與實踐意義
這項實驗對理解量子力學具有深遠影響。以往在宏觀尺度上展示的量子效應，通常是由大量微小單元各自獨立的量子性質疊加而成。這些微觀組分共同導致宏觀現象，例如激光、超導體和超流體。然而，這壹實驗卻不同：它從壹個本身就具有宏觀性的狀態，即大量粒子共享的統壹波函數產生了壹個宏觀效應——可測量的電壓。
理論物理學家安東尼·萊格特曾將獲獎者的宏觀量子系統，與著名的“薛定諤的貓”思想實驗相比較。在該思想實驗中，如果不去觀察，貓就同時處於“活著”和“死亡”的疊加態（薛定諤因此獲得1933年諾貝爾物理學獎）。這個思想實驗的初衷是揭示這種狀態的荒謬性，因為在宏觀尺度上，量子力學的特殊性質通常會被抹去。人們無法在實驗室中真正展示壹只貓的量子疊加態。
然而，萊格特認為，今年叁位獲獎者所進行的壹系列實驗表明，確實存在壹些現象，其中大量粒子共同表現出量子力學所預測的行為。盡管由眾多庫珀對構成的這個宏觀系統在尺寸上仍比壹只小貓小好幾個數量級，但由於實驗測量的是整個系統的整體量子特性，因此在量子物理學家看來，它與薛定諤那只假想中的貓在本質上是相當類似的。
這類宏觀量子態，為人們利用微觀粒子世界規律進行新實驗提供了新的可能。它可以被視為壹種“大型人工原子”——壹個帶有電纜和接口的人工原子，可以連接到新的測試裝置中，或用於開發新型量子技術。例如，這類人工原子可用於模擬其他量子系統，幫助人們理解它們的性質。
另壹個實用例子，則是馬丁尼斯後來進行的量子計算機實驗，該實驗正是利用了他與另外兩位獲獎者所研究的能量量子化特性——他使用具有量子化能級的電路作為信息載體，即量子比特（qubit）。最低能級和第壹個激發態分別代表“0”和“1”，這正是構建未來量子計算機的技術路徑之壹。
可以說，今年的獲獎者不僅深化了人們對物理世界的理解，也為發展新壹代量子技術包括量子加密、量子計算和量子傳感等領域開辟了新路徑。
諾貝爾物理學委員會主席奧勒·埃裡克松表示：“量子力學在百年發展歷程中持續帶來新突破，值得共同慶賀。而這項研究更具重大應用價值，因為量子力學是所有數字技術的基石。”
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量子力學之所以得名，正是源於人們發現微觀過程中的能量，是以離散的“包”（即量子）形式存在的。今年的叁位獲獎者向零電壓狀態引入了不同波長的微波，發現其中某些頻率的微波被系統吸收，導致系統躍遷到更高的能級。這表明：當系統能量更高時，零電壓狀態的持續時間更短——這正是量子力學所預測的結果。
理論與實踐意義
這項實驗對理解量子力學具有深遠影響。以往在宏觀尺度上展示的量子效應，通常是由大量微小單元各自獨立的量子性質疊加而成。這些微觀組分共同導致宏觀現象，例如激光、超導體和超流體。然而，這壹實驗卻不同：它從壹個本身就具有宏觀性的狀態，即大量粒子共享的統壹波函數產生了壹個宏觀效應——可測量的電壓。
理論物理學家安東尼·萊格特曾將獲獎者的宏觀量子系統，與著名的“薛定諤的貓”思想實驗相比較。在該思想實驗中，如果不去觀察，貓就同時處於“活著”和“死亡”的疊加態（薛定諤因此獲得1933年諾貝爾物理學獎）。這個思想實驗的初衷是揭示這種狀態的荒謬性，因為在宏觀尺度上，量子力學的特殊性質通常會被抹去。人們無法在實驗室中真正展示壹只貓的量子疊加態。
然而，萊格特認為，今年叁位獲獎者所進行的壹系列實驗表明，確實存在壹些現象，其中大量粒子共同表現出量子力學所預測的行為。盡管由眾多庫珀對構成的這個宏觀系統在尺寸上仍比壹只小貓小好幾個數量級，但由於實驗測量的是整個系統的整體量子特性，因此在量子物理學家看來，它與薛定諤那只假想中的貓在本質上是相當類似的。
這類宏觀量子態，為人們利用微觀粒子世界規律進行新實驗提供了新的可能。它可以被視為壹種“大型人工原子”——壹個帶有電纜和接口的人工原子，可以連接到新的測試裝置中，或用於開發新型量子技術。例如，這類人工原子可用於模擬其他量子系統，幫助人們理解它們的性質。
另壹個實用例子，則是馬丁尼斯後來進行的量子計算機實驗，該實驗正是利用了他與另外兩位獲獎者所研究的能量量子化特性——他使用具有量子化能級的電路作為信息載體，即量子比特（qubit）。最低能級和第壹個激發態分別代表“0”和“1”，這正是構建未來量子計算機的技術路徑之壹。
可以說，今年的獲獎者不僅深化了人們對物理世界的理解，也為發展新壹代量子技術包括量子加密、量子計算和量子傳感等領域開辟了新路徑。
諾貝爾物理學委員會主席奧勒·埃裡克松表示：“量子力學在百年發展歷程中持續帶來新突破，值得共同慶賀。而這項研究更具重大應用價值，因為量子力學是所有數字技術的基石。”
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