整理 | 褚杏娟

当地时间 10 月 7 日，美国科学家 John Clarke、Michel H. Devoret 和 John M. Martinis 因“揭示量子物理实际应用的实验”荣获 2025 年诺贝尔物理学奖，为下一代数字技术的发展奠定了基础。三人将分享 1100 万瑞典克朗（120 万美元）的奖金。

“我完全惊呆了。我从来没有想过这会成为诺贝尔奖的基础，”Clarke 通过电话向诺贝尔新闻发布会表示。他补充道，尽管他在 20 世纪 80 年代领导了这三人的工作，但另外两人的贡献“是压倒性的”。Clarke 还表示，他们的研究得以开展，离不开 Anthony Leggett 与 Brian Josephson 的工作 —— 这两位科学家为他们在超导电路隧穿效应方面的研究奠定了基础。Leggett 与 Josephson 均为往届诺贝尔奖得主。

“我现在用手机和你通话，我猜你也是一样。而手机之所以能正常工作，背后的原因之一就是所有这些研究的成果。”Clarke 表示。

Martinis 告诉《自然》杂志，他的妻子是在半夜（加州时间）得知这个消息的，但她决定暂时不叫醒他。“我六点前就醒了。然后我打开电脑，看到了 John、Michel 和我的照片。”

这三位（诺奖得主）的研究不仅具有科学意义，还推动了采用超导电路的新兴商用量子计算机的发展。物理学家兼牛津量子电路公司联合创始人 Ilana Wisby 表示：“这对整个（量子）领域而言，是一份极具含金量且实至名归的认可。”

三位获奖者中，

两人与谷歌有渊源

John Clarke 1942 年出生于英国剑桥。1968 年获英国剑桥大学博士学位，之后，他前往加州大学伯克利分校从事博士后研究，并于 1969 年加入该校物理系任教至今，现任美国加州大学伯克利分校教授。

Clarke 还因其在超灵敏探测器 SQUID（超导量子干涉仪）方面的研究而闻名。他已将 SQUID 应用于许多领域，包括超低频核磁共振信号探测、地球物理学、材料无损评估以及生物传感器。

他目前正在与轴子暗物质实验（Axion Dark Matter Experiment）合作，为此他开发了一种基于 SQUIDS 的低噪声超导量子放大器。ADMX 实验正在寻找一种可能的暗物质候选体——轴子。他为 ADMX 实验发明的高频低噪声量子 SQUID 放大器后来被用于物理学的另一个领域，用于读取量子计算机的超导量子比特（qubit）。

John Clarke 在加州大学伯克利分校办公室，图源：berkeley

Devoret 1953 年出生于法国巴黎。1975 年毕业于巴黎国立高等电信学院，1982 年获法国巴黎第十一大学博士学位，之后，他前往加州大学伯克利分校，在 Clarke 的团队工作，与当时还是研究生的 Martinis 合作。

1984 年，Devoret 回到法国，在萨克雷原子能委员会（CEA-Saclay）成立了自己的研究小组，之后于 2002 年前往美国耶鲁大学。2024 年，他前往加州大学圣巴巴拉分校，并任谷歌量子人工智能量子硬件首席科学家，他因其在宏观量子现象方面的开创性工作而闻名。

1985 年，他与当时的研究生 Martinis 一起首次证明了约瑟夫森结的介观量子能级。 此外，他与 A. Marblestone 合作开展的量子信息研究工作表明，由于纠缠，某些通信信道中的量子性能呈指数级增强。

宣布 Devoret 获奖后，法国总统埃马纽埃尔·马克龙已在 X 平台（原推特）上向他表示祝贺。谷歌量子人工智能创始人兼负责人 Hartmut Neven 也在谷歌官网发文祝贺。

Martinis 1958 年生在美国。他于 1980 年获得加州大学伯克利分校物理学学士学位，1987 年获美国加州大学伯克利分校博士学位。之后，他在法国萨克雷原子能委员会（CEA-Saclay）和科罗拉多州博尔德市的国家标准与技术研究所从事博士后研究，并于 2004 年加入加州大学圣巴巴拉分校。

自 2002 年以来，Martinis 一直致力于约瑟夫森结量子比特的研究，目标是建造第一台量子计算机。2014 年，2014 年，谷歌量子人工智能实验室（Google Quantum A.I. Lab）宣布，已通过一项数百万美元的协议聘请 Martinis 及其团队，旨在利用超导量子比特（superconducting qubits）打造量子计算机。

2019 年 10 月 23 日，Martinis 及其团队在《自然》（Nature）期刊发表论文，标题为《Quantum supremacy using a programmable superconducting processor》（《利用可编程超导处理器实现量子优越性》）， 文中详细介绍了他们如何利用一台 53 量子比特的量子计算机，首次实现量子优越性（quantum supremacy），即一台利用亚原子粒子特性的计算机，在解决某一问题时，表现远超全球最强大的超级计算机。

2020 年 4 月，Martinis 在被调任顾问职位后，从谷歌辞职。他移居澳大利亚，加入 Michelle Simmons 教授创立的初创公司硅量子计算（Silicon Quantum Computing）。2022 年，他与他人共同创立了 Qolab 公司，目前担任该公司首席技术官。

“在 Qolab，我们的使命是带头开展整个半导体生态系统的合作，开发实用规模的超导量子计算机，这将改变行业并增强我们对宇宙最深奥秘的理解。”该公司官网上写道。

这三人于 20 世纪 80 年代中期在加州大学伯克利分校完成了他们的获奖研究。当时，Devoret 是博士后研究员，Martinis 是研究生，两人都在 Clarke 实验室工作。

另外值得注意的是，这是连续第二年有与谷歌相关的科学家获得诺贝尔奖：2024 年，谷歌 DeepMind 的 Demis Hassabis 和 John Jumper 获诺贝尔化学奖；同年，在谷歌任职超过 10 年的 Geoffrey Hinton 获诺贝尔物理学奖。

谷歌量子人工智能创始人兼负责人 Hartmut Neven 表示，“对于谷歌量子人工智能（Google’s Quantum AI）团队而言，此次诺贝尔奖不仅是对历史性科学成就的庆祝，更是对我们当前超导量子计算研究基础的认可。约瑟夫森结是如今超导量子比特的核心基础，这其中也包括我们谷歌量子 AI 团队正在研发的量子比特。Michel 与 John 的研究为我们至今的进展奠定了基础，无论是去年发布的突破性 Willow 量子芯片，还是 2019 年达成的里程碑 —— 证明量子计算机能够完成传统计算机无法实现的基准计算任务，都离不开他们的贡献。这一研究也为我们指明了前进方向，助力我们推进硬件发展路线图，同时推动‘为其他方法无法解决的问题打造量子计算技术’这一使命的实现。”

百年量子力学领域现“新惊喜”

在极微观层面（原子与亚原子粒子层面），量子力学行为已得到充分研究，但与宏观尺度的经典物理学相比，量子力学行为往往显得怪异且违背直觉。

1984 年至 1985 年，John Clarke、Michel H. Devoret 与 John M. Martinis 用超导体搭建了一个电子电路，并开展了一系列实验，证明了在特定条件下，量子力学也能对日常物体产生影响。

超导体是一种能在无电阻状态下导电的元件。在这个电路中，超导元件被一层薄薄的非导电材料隔开，这种结构被称为 “约瑟夫森结（Josephson junction）”。通过改进电路并测量其各项特性，他们得以控制并观察通电流时产生的各种现象。最终，在超导体中移动的带电粒子共同构成了一个系统，该系统的表现就像一个填满整个电路的单个粒子。

这种宏观的类粒子系统，初始状态是 “无电压下有电流流动”。此时系统会被困在该状态中，仿佛处于一道无法跨越的屏障之后。而在实验中，该系统通过隧穿效应成功脱离无电压状态，以此展现了其量子特性。系统状态的改变可通过电压的出现被检测到。

诺奖得主们还证明了，该系统的行为与量子力学的预测完全一致 —— 它具有量子化特征，这意味着它只能吸收或释放特定数值的能量。

“百年历史的量子力学不断带来新惊喜，能为这样的突破喝彩太棒了。量子力学还是所有数字技术的基础，这一特性也让它极具实用价值。”诺贝尔物理学委员会主席 Olle Eriksson 表示。

量子技术如今已无处不在，计算机微芯片中的晶体管就是日常可见的例子。

“今年的诺贝尔物理学奖为下一代量子技术的发展创造了机遇，包括量子密码学、量子计算机和量子传感器。”负责颁发该奖项的瑞典皇家科学院在一份声明中称。

量子计算机利用量子力学原理进行复杂计算、预测结果并开展分析，在某些情况下，这些任务若交给传统计算机，可能需要数百万年才能完成。

量子领域被认为有潜力帮助解决人类面临的部分紧迫问题，例如应对气候变化。但该领域也面临挑战，包括提高量子芯片的精度，且商用可行量子计算的时间表仍存在争议。

本周颁发的第二项诺贝尔奖

诺贝尔物理学奖由瑞典皇家科学院颁发，奖金总额为 1100 万瑞典克朗（约合 120 万美元）。若有多位获奖者（通常情况如此），奖金将由获奖者共同分享。

诺贝尔奖根据 Alfred Bernhard Nobel 的遗嘱设立。Nobel 通过发明炸药积累了巨额财富。自 1901 年起，该奖项除偶尔中断外，每年都会表彰在科学、文学与和平领域取得杰出成就的人。经济学奖是后来新增的奖项。

物理学是诺贝尔遗嘱中提及的首个奖项类别，这或许反映了该领域在他所处时代的重要地位。如今，诺贝尔物理学奖仍被广泛认为是该学科领域最具声望的奖项。

诺贝尔物理学奖的往届得主包括科学史上一些最具影响力的人物，如阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）、埃尔温·薛定谔（Erwin Schrodinger）、马克斯·普朗克（Max Planck）与尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）——后三位均为量子理论的先驱。

按照传统，物理学奖是本周颁发的第二项诺贝尔奖。此前，两名美国科学家与一名日本科学家因在理解免疫系统方面的突破性研究获诺贝尔生理学或医学奖。接下来，诺贝尔化学奖将于周三公布。

科学、文学与经济学领域的获奖者将由瑞典国王在 12 月 10 日（诺贝尔逝世周年纪念日）于斯德哥尔摩举行的仪式上授予奖项，随后在市政厅举行盛大宴会。诺贝尔和平奖将于周五公布，其颁奖仪式单独在奥斯陆举行。

参考链接：

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2025/press-release/

https://www.reuters.com/science/clarke-devoret-martinis-win-2025-nobel-prize-physics-2025-10-07/

https://blog.google/inside-google/company-announcements/googler-michel-devoret-awarded-the-nobel-prize-in-physics/

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