證實宏觀系統量子穿隧效應 3學者獲諾貝爾物理學獎

【大紀元2025年10月07日訊】（大紀元記者許嘉麟台灣台北報導）2025年諾貝爾7日頒發物理學獎，由英國學者克拉克（John Clarke）、法國學者德沃雷（Michel H. Devoret）及美國學者馬丁尼斯（John M. Martinis）共享殊榮，他們因為「發現了電路中的宏觀量子穿隧和能量量子化」而獲獎。

3名得主皆為在美國加州大學任教的學者，他們透過由超導體構成的電子電路進行了一系列實驗，讓大量帶電粒子像單一粒子同步運動，他們觀察到，整個系統就像微觀粒子一樣產生穿隧現象，證明了量子穿隧效應（Quantum tunneling）與能量量子化現象不僅限於微觀世界，也可以在宏觀系統發生，意即數以億計的粒子聚在一起，仍可明確展現量子行為。

諾貝爾物理學獎委員會主席艾里克森（Olle Eriksson）表示，他們「為開發下一代量子技術提供了機會，包括量子密碼學（Quantum Cryptography）、量子電腦（Quantum Computing）和量子感測器（Quantum Sensors）。」並指出，量子力學極其有用，因為它是所有數位科技的基礎。

台灣科技媒體中心邀請多位專家解析此領域研究，專家皆指出，這三位得獎者實至名歸，他們的發現奠定了量子力學在現今世界廣泛應用的基礎。中央研究院副院長周美吟表示，這三位得獎者設計出一個裝置，在巨觀世界中觀測到兩個重要的量子現象，一個是粒子可穿過障礙物，也就是量子穿隧；另一個是不連續的量子能階。在過去，這兩個微觀世界的量子現象只要放大尺寸就無法觀察到，但是他們透過由超導體構成的電子電路進行了一系列實驗，讓這兩個量子物理現象可以在宏觀的世界中被量測到，這個裝置利用約瑟夫森接面（Josephson junction），由超導體和薄薄的不導電材料組成，透過電路看到量子現象在宏觀世界中顯現出來。

國立陽明交通大學電子物理系教授仲崇厚說明，在量子力學中，物質同時具有粒子性和波動性，成對的超導電子透過波動的方式，有一定的機率穿過那個古典力學中無法穿透的牆壁（位能障礙）。在這3位得獎者的實驗中，該系統正是透過量子穿隧效應設法逃脫零電壓狀態，從而展現了它的量子特性。獲獎者還證明了該系統的行為是量子化的，它只吸收或發射特定「量子化」的能量。他們的實驗是第一個在超導體量子線路中觀察到這種集體的、宏觀的量子穿隧效應，是當今建立於超導量子位元之上的量子電腦科技的基礎。

仲崇厚表示，量子穿隧的應用有很多，如掃描穿隧式顯微鏡（STM），就是用量子穿隧原理量測原子尺度下物質表面的性質。中央研究院物理研究所特聘研究員陳啟東表示，量子穿隧的應用以微波相關最多，如混頻器元件，可做天文觀測之檢測器，除外也可作為電壓標準。國立陽明交通大學電子研究所教授李佩雯表示，超導量子穿隧原理最有代表性的應用之一是在醫療上的檢測，例如核磁共振（MRI）中的超導干涉儀，美國IBM更是在40年前就啟動超導量子電腦的研究，超導量子電腦是發展最早也是目前相對成熟的量子電腦技術，半導體記憶體也是運用量子穿隧原理直接儲存電荷，對於目前的經典電腦以及3C電子產品與行動裝置發展有很大的幫助。◇

責任編輯：陳玟綺