2025-10-07 聯合報／ 記者李芯／台北報導

今年諾貝爾物理學獎由克拉克（John Clarke）、德沃雷（Michel H. Devoret）和馬丁尼斯（John M. Martinis）等三位學者共同獲得。其研究「在電路中發現宏觀量子穿隧與能量量子化現象」，被視為讓量子力學從理論邁入實用，奠定了量子力學在現今世界廣泛應用的基礎。這座諾貝爾物理學獎源於四十年前，三人在加州大學柏克萊分校的研究。中央研究院副院長周美吟表示，大約在1984、1985年，克拉克已是教授，德沃雷特是博士後研究員、馬丁尼斯則是研究生，該研究團隊在宏觀系統中，看到原本在微觀才能量測到的量子現象。 周美吟說，量子物理是在描述一個微觀的世界，通常指的是電子等很小的粒子，而在量子世界中有兩個非常重要的現象，一是「穿隧」，指的是粒子能夠穿越障礙；另一個是「量子化」，意指粒子的能階並非連續，而是一格一格的。當年，三人的研究團隊透過一系列實驗，發現這兩種量子的現象在宏觀世界中也能量測到。

陽明交通大學電子物理系教授仲崇厚進一步解釋「穿隧現象」，指超導體成對的電子對，既是粒子，也具有波動性質，其性質可以用「波函數」來描述。這三位物理學家運用約瑟夫森接面（Josephson junction）的實驗，證明在溫度極低的超導態中，波函數有一定機率穿透位能障礙，且不只發生在單一電子，宏觀下相連的波函數亦是。

穿隧效應也發展出很多應用，陽明交通大學電子研究所教授李佩雯表示，最早、最直接的應用是在醫療檢測方面。舉例來說，超導干涉儀是磁振造影（ＭＲＩ）的重要組件，可以用來量測非常微弱的磁場變化，以進行影像偵測。而量子電腦最早的啟發，也是運用超導做量子位元，三位科學家所提出的宏觀量子現象，讓ＩＢＭ在四十年前就開始所謂「超導量子電腦」的研究。

2025諾獎》他們發現了巨觀量子穿隧效應，奠定了量子科技的基礎！---- 風傳媒

2025-10-07

眾所周知，量子力學是解釋微觀世界的物理學，但這個微觀到底要多微小呢？我們又如何可能在這個巨觀世界應用甚至操控量子力學呢？根據諾獎委員會的新聞稿，約翰·克拉克、米歇爾·德沃雷和約翰·馬丁尼斯1984年起利用由超導體構成的電路進行了一系列實驗。超導體是一種在極低溫下電阻會完全消失的神奇材料，在他們所設計的電路中，超導元件被一層薄薄的非導電材料隔開，透過改進和測量電路的各種特性，使其能夠控制和探索電流通過時產生的現象。帶電粒子在超導體中移動，共同構成了一個系統，其行為就像一個充滿整個電路的單一粒子。這個巨觀粒子系統原本處於一種無電壓、有電流流動的狀態。系統被困在這種狀態，彷彿被一道無法逾越的能量障壁（即「約瑟夫森接面」，Josephson Junction）所阻擋。按照古典物理學的邏輯，如果電流的能量不足，它們應該會被這道牆完全擋住，但實驗結果卻讓整個物理學界為之震動。

三位物理學家觀測到，即使在能量不足的情況下，整個系統依然成功「逃脫」了被困住的零電壓狀態，產生了電壓。這意味著，構成電流的、數量龐大的「宏觀粒子」展現了純粹的量子行為，以穿隧效應的形式，整體「鑽」過了那道能量障壁。 這意味著長久以來，量子力學那些令人腦洞大開的現象——例如波粒二象性、量子糾纏、量子穿隧——似乎只是屬於原子、電子等微小存在的專利。然而今年的諾貝爾物理學獎得主，卻以巨觀粒子系統，徹底顛覆了這個傳統認知，這也是人類第一次在肉眼可見（儘管是透過儀器測量）的宏觀系統中，觀測到量子穿隧效應。而且三位桂冠得主的貢獻不止於此。他們不僅證明了「宏觀穿隧」的可能性，更進一步驗證了這個宏觀系統的另一個關鍵量子特性：「能量量子化」（Quantised Energy Levels）。

在我們的宏觀世界裡，能量的變化是連續的。你可以將車速從時速50公里，平滑地加速到50.1、50.2公里。但在量子世界，能量的吸收或釋放，更像是上下樓梯，只能一階一階地跳、不能停留在兩階之間。一個系統只能處於某些特定的、不連續的能量狀態上。透過對超導電路進行精密的測量與控制，三位科學家證實這個「宏觀粒子」系統在與外界交換能量時，只會吸收或放出特定大小的能量「包裹」，其行為模式與量子力學的預測完全吻合。這無疑證明了該系統並非某種古典物理的巧合，而是展現了量子力學的特性。

克拉克、德沃雷與馬丁尼斯的研究，等於開啟了量子技術的大門，實現了對宏觀量子系統的「主動操控能力」，這也正是未來量子科技的核心。諾貝爾物理學獎委員會主席奧勒·埃里克森表示：「能夠慶祝百年量子力學不斷帶來新的驚喜，真是太棒了，因為量子力學是所有數位技術的基礎。」諾獎委員會指出，電腦晶片中的電晶體是成熟運用量子技術的一個例子。今年的諾貝爾物理學獎更為開發下一代量子技術提供了基石，也包括量子密碼學、量子電腦和量子感測器等新興領域。