
瑞典皇家科學院於當地時間10月7日宣布,英國的約翰.克拉克(John Clarke)、法國的米歇爾.H.德沃雷(Michel H. Devoret)以及美國的約翰.馬丁尼斯(John M. Martinis)三位學者,因在電路中揭示宏觀量子穿隧(Quantum Tunnelling)與能量量子化(Energy Quantisation)現象,榮獲本年度諾貝爾物理學獎。他們的研究證實量子行為並非僅存於微觀世界,也能在肉眼可觀測的系統中呈現。
三位得主於1980年代中期進行關鍵實驗,利用超導體(Superconductor)材料構成電路,並以極薄絕緣層形成「約瑟夫森接面」(Josephson Junction)。在極低溫環境下,他們觀察到電流能從「零電壓狀態」穿越能障,進入「有電壓狀態」,這種突變正是量子穿隧的明確證據,成功顯示宏觀物體亦能展現量子特性。
更令人矚目的是,該電路吸收與釋放能量的方式並非連續變化,而是以離散能階進行,完全符合量子理論的預測。這項成果首次在可操控的電路中證實能量量子化,使得抽象的量子理論得以在實際實驗中被驗證,推翻了「量子效應僅存於微觀」的傳統觀點。
諾貝爾獎委員會主席奧勒.埃里克森(Olle Eriksson)指出,量子力學誕生至今已逾一世紀,依然有著令人驚訝的突破。他表示,這項研究不只是對理論的延伸,更是當代數位科技的根基。量子力學已廣泛應用於電子元件與半導體,而這次的實驗進一步推動了量子資訊科學(Quantum Information Science)的實際發展。
三位學者的研究成果被視為創建「人造原子」(Artificial Atom)的基礎,該系統的行為模式可作為量子位元(Quantum Bit, Qubit)的雛形。馬丁尼斯後續在量子電腦(Quantum Computing)領域的研究,正是以這類能量量子化的電路作為資訊載體,運用其最低與次低能階分別代表 0 與 1,推動量子運算邁向工程化與實用化。
三人將共享1100萬瑞典克朗(約新台幣3560萬元)的獎金。他們的研究不僅讓量子理論從抽象概念走向可實驗與可應用的現實技術,也象徵人類在探索宇宙本質的旅程中邁出關鍵一步。正如瑞典皇家科學院所評語:「他們的發現使量子不再停留於理論,而成為可觀測、可操控,並能化為實際應用的科學力量。」【記者 鄒弘整理報導】