2025年诺贝尔物理学奖授予三位在量子力学领域作出卓越贡献的科学家：约翰·克拉克（John Clarke）、米歇尔·H.德沃雷特（Michel H. Devoret）和约翰·M.马丁尼斯（John M. Martinis），以表彰他们在“电路中发现宏观量子力学隧穿效应和能量量子化”方面的卓越贡献。

三位科学家通过精密的实验，成功证明了一个宏观的电路（就是一块可以用手拿起来的芯片）能像微观粒子一样，同时具有“穿墙术”（量子隧穿）和“能量台阶”（能量量子化）这些奇特的量子特性。

这解决了一个核心问题：我们如何在真实的电路硬件上，制造和控制量子计算机最基础的元件？ 

这项成果被誉为量子计算机革命的基石，完成了量子计算机的“造砖”工作。

百年诺奖，偏爱量子

1918年，马克斯·普朗克（Max Planck）因发现“能量量子”获奖，这是量子理论的真正起点。

随后，阿尔伯特·爱因斯坦（光电效应）、尼尔斯·玻尔（原子结构）、维尔纳·海森堡和埃尔文·薛定谔（量子力学基本方程）等一系列开创性人物相继获奖。

自1918年以来，大约有三分之一到一半的诺贝尔物理学奖直接或间接地与量子理论的重大突破相关。

近十年的诺贝尔物理学奖中，诺奖的聚焦点已从“量子理论基础”转向了“利用量子特性实现的实验突破”，多次颁发给了直接推动量子计算、量子通信和量子传感等新兴量子技术发展的实验和发现。

表格整理了近十年诺贝尔物理学奖中的量子技术突破

诺贝尔物理学奖的历程，清晰地展现了量子力学如何从一个大胆的理论猜想，经过数学化、实验验证，最终转化为推动信息革命的实用技术。

量子力学是所有数字技术的基础

量子力学是现代科学史上最深刻、最具颠覆性的理论，它几乎推翻了我们所有的传统直觉。

它揭示了微观世界的能量量子化、不确定性、叠加态和量子纠缠等“怪诞”而真实的现象，并确立了世界的基石是内在的随机性（而非决定论）和非局域关联。

这一理论迫使人类重新审视因果关系、客观实在性和知识的极限。

这份基础理论的突破远超简单的技术升级，是对人类计算、通信和测量能力本质的飞跃。这些新兴的量子工具，正在构建一个完全不同的世界：

·量子计算：利用量子叠加态和纠缠态，它可以去解决那些传统机器在宇宙寿命内都无法求解的复杂问题，例如新药开发、材料科学设计（例如超导材料）和复杂金融建模。

·量子通信：量子密钥分发（QKD）利用量子世界观的内在随机性，保证了通信的物理学原理级安全，提供了物理原理上绝对安全的加密方式。

·量子测量：量子传感器利用叠加和纠缠态的敏感性，可以达到前所未有的精度，用于引力波探测、高精度医疗诊断（如MRI）以及下一代导航系统。

正如2025年诺贝尔物理学奖委员会主席奥勒·埃里克松（Olle Eriksson）所说：量子力学极其有用，它是所有数字技术的基础。

人类面临的任何问题都有可能被量子计算机解决

如今，量子计算机正开启新一轮科技革命，它不仅将重塑全球经济和社会结构，也将改变我们的生产与生活方式。

尤其在处理特定类型问题时，量子计算机展现出指数级的加速潜力。

世界知名物理学家加来道雄博士毕生研究量子理论，他在《量子霸权》一书中这样描述这一科学前沿：

• 攻克不治之症——如癌症、阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化、帕金森病，以及修复DNA损伤、延缓衰老等，可能成为量子计算机的下一个战场。

• 引发第二次绿色革命——破解固氮秘密，以更低的能耗养活不断增长的世界人口。

• 打造“超级电池”——加速无碳能源时代的到来，助力减缓全球变暖。

• 重现光合作用奇迹——人工光合作用或将在应对气候危机的斗争中带来范式转变。

……

我们或许正在见证“硅时代”走向终点的那一刻。

当晶体管尺寸继续压缩至仅约5个原子直径时，电子的位置就会变得不确定，电子可能逃逸——漏电、短路与散热问题，已成为无法跨越的物理极限。

摩尔定律，这把曾指引信息技术发展半个世纪的标尺，如今正在微观物理极限与宏观资源约束的双重夹击下逐渐失效。

虽然现在看起来一切仍然风平浪静，但属于量子时代的浪潮，终将排山倒海而来。

（文章部分观点参考中信出版集团《量子霸权》）