三位科学家因其实验证明了量子力学的奇怪规则可以支配普通电路——这一发现后来使量子计算机成为可能——于周二被授予2025年诺贝尔物理学奖。

瑞典皇家科学院表彰了加州大学伯克利分校的约翰·克拉克、耶鲁大学的米歇尔·德沃雷和前谷歌量子人工智能实验室的约翰·马丁尼斯，表彰他们“在电路中发现宏观量子力学隧穿和能量量子化”。

在1970年代末和1980年代，三人展示了接近绝对零度冷却的超导环可以像超大的人造原子一样行为——在离散的能级之间跳跃，并以曾被认为仅限于亚原子粒子的方式“隧穿”障碍。

他们的结果将理论上的好奇心转变为实用的硬件。通过证明量子行为可以被工程化，他们为超导量子比特奠定了基础，这些量子比特是谷歌、IBM等公司构建的原型量子计算机中使用的核心组件。

在克拉克、德沃雷和马丁尼斯进行实验之前，量子力学——不确定性、隧穿和叠加的物理学——是科学家们只能在像原子或光子这样的小系统中观察到的。没有人知道这些效应是否能够在足够大的物体中存活，以便构建电路。

他们证明的是，你可以设计一个电路——电线、环、约瑟夫森结——它仍然表现出量子力学的特性。这些电路可以以量子状态存储信息，这正是量子比特所做的。（量子比特，简称qubit，是量子计算机中的基本信息单位。与经典比特只能是0或1不同，量子比特可以同时存在于两种状态的“叠加”中，使量子机器能够同时处理多种可能性。）

如果没有制造量子电路的能力，就不会有量子计算机。这些实验将看不见的量子世界与实验台上的有形设备联系了起来。

“我完全震惊了。当然，我从来没有想到这可能是诺贝尔奖的基础，”克拉克在诺贝尔新闻发布会上通过电话说道。“我正在用手机通话，我怀疑你也是，而手机能够工作的一个基本原因就是因为所有这些工作。”

三位科学家将平分1100万瑞典克朗的现金奖金，约合117万美元。

一个数十年酝酿的奖项

这一认可大约在原始工作完成四十年后到来，反映了诺贝尔委员会倾向于等到一个想法的全部影响不可否认时再给予奖励。物理学诺贝尔奖往往来得较晚：

• 2017年因引力波探测而获得的奖项源于1970年代的工作。
• 2020年黑洞奖追溯到1960年代的理论。
• 甚至爱因斯坦1921年的奖项也引用了1905年的论文。

这种长期滞后模式更像是对一个想法真正重塑了一个领域的确认，而不是“终身成就”奖。在这种情况下，曾经看似小众的好奇心——“宏观”电路中的量子效应——已成为一个数十亿美元量子技术产业的支柱。

在过去的几年中，超导量子比特机器已经进行了早期的化学模拟和密码学测试，标志着曾经晦涩的物理学分支现在驱动着真实的设备。承认其实验根源强化了今天的“量子热潮”建立在模拟时代艰苦的低温和电路设计工作之上。

这一选择被广泛预期并受到热烈欢迎。一些观察者认为，量子错误纠正代码背后的理论家可能会分享这一荣誉，但很少有人争辩克拉克、德沃雷和马丁尼斯提供了电路可以表现出量子特性的基本证明。

更大的图景

量子计算对密码学既构成威胁，也带来机遇。一方面，强大的量子机器最终可能会破解今天的公钥密码学——RSA和椭圆曲线算法，这些算法保护着比特币钱包、区块链签名和互联网交易——通过以比经典计算机快得多的速度分解大数或解决离散对数问题。

另一方面，量子原理也使后量子密码学（对量子攻击具有抵抗力的经典算法）和量子密钥分发成为可能，后者利用纠缠来检测窃听并承诺可证明的保密性。

通过庆祝连接量子和经典领域的实验，科学院重申了一个熟悉的诺贝尔主题：将悖论转化为实践。最初在教科书中被称为“量子怪异”的现象，成为了一个价值数十亿美元的新兴产业的基础。

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