約翰·克拉克、米歇爾·德沃雷和約翰·馬丁尼斯因何發現而獲得諾貝爾物理學獎？ | 數位時代

約翰·克拉克、米歇爾·德沃雷和約翰·馬丁尼斯獲獎原因

約翰·克拉克（John Clarke）、米歇爾·德沃雷（Michel H. Devoret）和約翰·馬丁尼斯（John M. Martinis）因在電路系統中展示「巨觀量子穿隧效應」及「能量量子化」現象而榮獲2025年諾貝爾物理學獎。他們的研究突破了量子效應僅限於微觀世界的傳統觀念，證明由大量粒子組成的電路也能展現明確的量子行為，對量子工程與量子運算硬體設計具有重要意義。此項成就使「巨觀量子行為」變得可見、可控且可設計，為下一代量子技術奠定了基礎。

量子穿隧與能量量子化

他們的研究成果主要集中在兩個關鍵現象：

• 量子穿隧：一般情況下，物體無法穿透障礙物。但他們製作的「約瑟夫森接面」電路，讓成群的電子配對（Cooper pair）像一個「巨大粒子」共同行動，使其能夠穿過能量障礙，從「沒有電壓」的狀態跳到有電壓的狀態，實現了巨觀尺度的量子穿隧。
• 能量量子化：他們發現，當使用微波「餵能量」給系統時，系統並非連續吸收能量，而是在特定能量差時才會吸收，並躍升到更高的能階。這證明，即使是由「數十億個 Cooper pair」組成的系統，能量仍以「固定份量」的形式呈現。

對量子電腦的意義

這些觀測結果不僅展示了量子規則在巨觀尺度下的適用性，也為超導量子電腦硬體的發展奠定了基礎。透過更精確地設計能階與穿隧特性、減少雜訊、延長相干時間，並提升運算正確率，使得量子電腦的核心零件更加「聽話、穩定、可量產」，從而使量子電腦更接近實用階段。由於此技術可在巨觀電路中進行量測與控制，製程與品管更貼近半導體工業，有望提升良率與可擴充性，推動量子處理器從少數位元走向可解決實際問題的大型機器。

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