
這屆(2025)諾貝爾物理學獎,頒給 John Clarke、Michel H. Devoret、John M. Martinis。評語點出關鍵:「在電路中發現巨觀量子穿隧與能量量子化」。直白說,他們把通常只在原子尺度才明顯的量子行為,做成了用手可以拿的超導電路,而且量得到、控得住。
在 1984–85 年,三人於 UC Berkeley 以電流偏壓的約瑟夫森接面做出兩個經典結果:
1.能階量子化——直接觀測到「相位」這個巨觀自由度的離散能階,這是把電路變成「人工原子」的起點。
2.巨觀量子穿隧(MQT)——相位在所謂「傾斜洗衣板位能」中,會像微粒一樣量子穿隧逃逸;他們用實驗測到這種純量子行為。這兩項工作構成了今年獎項的核心背景。
這些實驗把量子力學搬上晶片:讓超導量子位元(phase/flux/charge、後來的 transmon)成為可能,開啟 cQED(電路量子電動力學) 與現代量子計算硬體的時代。
也鞏固了量子力學在巨觀尺度依然成立的實驗證據,影響量子感測與超高靈敏度儀器(如 SQUID 磁力計等)
他們把「電路」變成能看見、能操縱的量子系統:能階是一級一級的,粒子能穿牆而過,而這一切不只存在於原子與光子世界——也存在於我們手中那塊超導晶片上。這正是諾獎官方所稱「在電路中顯示量子物理運作」的精神。
其中關於「能階量子化」
電路的Hamitonian:
若存在外加或雜散偏置(例如閘極電壓或接面介電質中的陷阱電荷),會出現與 n 線性的項。慣例做法是引入無因次的偏置電荷:
為二能階的能量量子化也
