诺贝尔物理学奖一句：第一次，人们在宏观世界

单击图像以输入近年来诺贝尔奖解释的集合。在体积的物理世界中，有些事情发生的事情发生了较少的事情：粒子可以穿过墙壁，能量像硬币一样释放出一个类似于硬币，并且系统可能同时在两个状态。这种奇观似乎仅在微观世界中存在，这远非我们的日子到一天的经验，但是今年的诺贝尔奖告诉我们，这些“独特”现象可以发生在您手掌大小的电路中。这张照片使用生命中的一个例子（将球扔在墙上时会弹跳）来解释隧道对体积力学的影响。在体积力学的微观世界中，微观颗粒具有经过磨难的一定可能性似乎是不稳定的“墙”，并且出现在墙的另一侧。这是基于经典物理学的日子 - 至日的直觉，因此人们认为音量机制是“独特的”。资料来源：乔han Jarnestad/瑞典皇家科学院 2025 年诺贝尔物理学奖授予三位科学家：约翰·克拉克 (John Clarke)、米歇尔·H·德沃雷 (Michel H. Devoret) 和约翰·M·马蒂尼斯 (John M. Martinis)，以表彰他们“发现电路中的宏观量子隧道效应和能量体积”。他们产生的体积力学从原子和电子的微观阶段跃升至可以处理的人类尺度。当体积世界达到人类尺度时，我们都知道，一个被丢弃的球会撞到墙壁并反弹回来，这是不可能“穿墙”的。但在体积世界中，粒子可以做到这一点，这就是著名的“量子隧道效应”。在原子核中，粒子受到限制——有时会通过能量屏障逃逸。这种“破壁”方式就是放射性衰变（如α衰变）的根源。医生们已经知道，隧道效应对于某种类型的核衰变（α衰变）是必要的。一小部分细胞核移至细胞核内，出现在细胞核外勒斯。它强调了隧道效应在α衰变过程中影响的重要性，并解释了α粒子在阿尔法德格过程中如何通过核外的屏障从核内部逃逸。图片来源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院 然而，这种现象通常只发生在单个粒子的水平上。几十年来，医生们一直在问：由无数粒子组成的宏观系统能否呈现出相同的数量？ 2025年的三位诺贝尔奖获得者给出了很好的答案：是的。超导电路“隧道体积”的建设可以追溯到 20 世纪 80 年代中期。在加州大学的实验室，约翰·克拉克教授带领他的团队，与博士后米歇尔·德沃尔和研究博士约翰·马丁内斯一起，开始建造一个看似普通的电路。该电路由两个超导体组成，中间夹着一层超薄绝缘层，这种结构称为约瑟夫斯在交界处。 1. 在普通导体中，电子彼此碰撞并与导体材料碰撞。 2. 当材料成为超导体时，电子成对结合，形成合作对，并产生无电阻的电流。图中的空白点代表约瑟夫森结。 3. 库珀对可以像单个颗粒一样发挥作用，填充整个电路。量子力学使用共享波函数来描述这种集体状态。这种波的特性在获奖者的实验中发挥着主导作用。资料来源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院 在超导体中，电子并不是单独存在电阻，而是成对“走在一起”，形成所谓的库珀对。这些电子对不再像普通电子那样相互推动，而是像一支完美的舞蹈队，毫无阻力地流动。整个系统可以用一个统一的“波函数”来描述。这意味着它的作用就像一个巨大的“体积颗粒”。结果，这种宏观系统由无数电子组成，实际上具有体积世界的特性。克拉克（Clark），德沃雷（Devore）和马提尼酒（Martinis）利用了这个所有者设计实验，可以观察“宏观量子隧道”。该图像描述了超导电路中的实验。该实验使用了放置在芯片中的超导电路，该电路测量一厘米。以前，通常在只有几个颗粒的系统中研究了隧道和能量等现象。在此实验中，这些现象现象出现在宏观量子机械系统中。该系统包含数十亿美元的库珀对，这些库珀对充满了整个超导体。通过这种方式，实验将机械体积的影响从微观尺度扩大到宏观尺度。图像来源：约翰·贾尔内斯塔德（Johan Jarnestad）/皇家瑞典科学院（Royal Swedish Science of Science of Sciences）在电路中提供了弱电流并测量的电压变化。在没有体积效应，电压应始终为零，例如卡住开关。但是，在实验期间，他们惊讶地发现电压突然跃升了，好像该系统“通过”了一个看不见的能量屏障。该图像描述了一种实验现象，该现象在实验开始时没有电压，例如在被障碍物阻塞的封闭位置处的杠杆。在古典物理学中，这种状态仍然存在。但是体积力学使屏障的电压允许向“隧道”电压，从而导致电压突然出现，这一现象称为宏观量子隧道。资料来源：约翰·贾尔内斯塔德（Johan Jarnestad）/皇家瑞典科学学院（Royal Swedish Science），换句话说，巡回赛中的整个超导系统都完成了宏观量子隧道。能源的“量化” - 跳台平台是世界上更渴望的，他们还发现该系统的能量不会不断变化，而是分为“步骤”，只能吸收或以特定比例释放能量。这种现象称为能量的量。电路中不同长度微波的实验注入组。当微波能量出现匹配一定程度的能量差时，电路会“吸收”能量并跳跃到更高的能级，例如粒子跳跃到体积世界中。这正是体积世界的本质：能量不是流动的，而是“跳跃”的。在机械系统的体积中，粒子的能量不是连续变量。就像你上楼梯时，你不能停留在两级台阶之间，而应该完全从一级台阶移动到另一级台阶。粒子的能量也是如此。它只能处于某些特定的能量水平，并且吸收或释放的能量是特定的、离散的值。这就是能量的量子化现象。照片来源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院 结果：随着能量的增加，系统更容易“通过墙”；能量较少，可以将系统捕获更长的时间。它与体积力学的理论预测完全一致。每个人都完全同意音量力学的预言。不同之处在于，这次不是电子或原子，而是宏观的系统智能，这些颗粒的颗粒粒子具有“性能”的“性能”。从Schrödinger的猫到“人手的体积世界”，这个实验震撼了整个物理世界。长期以来，人们认为体积现象仅存在于微观水平，并且由于环境扰动，宏观世界被“消除”。正如著名的实验中描述的那样，“施罗丁的猫”的想法是：在叠加量的状态下，猫既活着又死了，但是一旦我们打开盒子，只会留下现实。但是理论物理学家安东尼·莱格特（Anthony Leggett）建议可能有一个中间体泰特：宏观系统也可能以体积的方式存在。 Clark、Devore 的实验、Devore 和 Martinis 是 IdeyThis 的经验版本。他们制造了一个具有跳跃和隧道行为的“宏电子体”。这在过去被认为是不可能的事情。尽管这个系统比猫小无数倍，但它却将“猫体积”从想象变成了可测量的现实。计算量的伏笔。这项研究不仅是物理学上的突破，也是体积技术的基础。约翰·马蒂尼斯后来使用具有能级的超导电路作为信息单位，也称为量子比特（Qubit）。在整个计算机上，一个位可以既是“0”又是“1”，也可以同时处于“0和1”的叠加状态。这是克拉克、德沃尔早期实验和马提尼酒的物理占有。现在，世界范围内世界数量的领先研究（与Google C的数量hip）直接受益于他们所植入的想法。 “人造原子”不再是实验装置，而是可以成为整个计算机的主要关键。心元素。结论：当体积从理论走向现实，从最初的思考，到创造实验的天赋，再到技术的应用，2025年诺贝尔物理学奖标志着一个重要的构建点：体积力学不再是“微观魔法”，它开始进入一个我们可以做到、操纵它甚至我们的双手也能做到的世界。克拉克、德沃雷特和马蒂尼斯利用一厘米的电路，让人们第一次在“可见的尺度”上验证了体积力学的魔力。他们制造的猫的薛定谔不再只是一个思维实验的玩笑，而是未来技术的真正起点。信息来源：诺贝尔官网新闻稿编译：郭克尔翻译班级封面图片来源：诺贝尔奖稍后，郭克尔将带来敬请关注 2025 年物理奖的更多内容，敬请关注！快来关注我们吧，不要错过哦！点击图片进入近年来诺贝尔奖解读合集译文。版权归国科所有，未经许可不得再次转载。 特别声明：以上内容（如有，包括照片或视频）由“网易”自媒体平台用户上传发布。本平台仅提供信息存储服务。 注：以上内容（如有，包括照片、视频）由网易号用户上传发布，网易号为社交媒体平台，仅提供信息存储服务。