2025年諾貝爾物理學獎：讓量子世界跨越微觀的邊界

文/闕特·居披梯博士

發表於2025/10/7

瑞典皇家科學院宣布，2025年的諾貝爾物理學獎授予三位開創「巨觀量子現象」研究的物理學家——約翰．克拉克（John Clarke）、米歇爾．H．德弗雷（Michel H. Devoret）、與 約翰．M．馬提尼斯（John M. Martinis）。他們因「發現巨觀量子力學隧穿效應與電路中的能量量子化現象」（for the discovery of macroscopic quantum mechanical tunnelling and energy quantisation in an electric circuit）而獲獎。

他們的工作讓量子力學不再只是微觀世界的抽象理論，而是成為可在實驗室中「看見」與「操控」的現象。從MRI掃描儀到量子電腦，這項發現的影響已深入我們的日常生活。

一、約翰．克拉克：量子靈敏度的開拓者

約翰．克拉克（John Clarke）出身英國劍橋，長期任職於加州大學柏克萊分校，是低溫物理與超導電學的權威。

他以研究超導量子干涉儀（SQUID, Superconducting Quantum Interference Device）聞名——這是一種能偵測極微弱磁場的儀器，靈敏度高到可量測人腦神經訊號的磁場變化。

克拉克在1970年代至1990年代的研究揭示，量子隧穿（quantum tunnelling）並不僅限於電子層級，也能在宏觀超導電路中觀測到。他的實驗證明「量子行為」可以延伸至人眼可見的尺度，動搖了長期以來微觀與巨觀的界線。

二、米歇爾．H．德弗雷：超導量子電路的理論建築師

米歇爾．H．德弗雷（Michel H. Devoret）是出生於法國的實驗物理學家，目前任教於耶魯大學，同時也與加州大學團隊密切合作。

他專長於設計能顯現「量子化能量階」的電路，讓電子元件不再只是導體，而是具備明確能階的「人工原子」。德弗雷的研究揭示了量子電路中的能量量子化現象，證明即使在由上千億個電子構成的金屬結構中，能量依然以離散形式存在。

這個概念成為今日「超導量子位元（superconducting qubits）」的基礎。

三、約翰．M．馬提尼斯：讓量子成為可運算的技術

約翰．M．馬提尼斯（John M. Martinis）同樣來自加州大學體系，曾帶領聖塔芭芭拉分校與 Google Quantum AI 團隊，開發出可操控的多量子位元系統。

2019年，他主導的團隊在《Nature》發表了被稱為「量子霸權（Quantum Supremacy）」的實驗成果，展示量子電腦在特定計算上超越傳統超級電腦。

馬提尼斯的貢獻在於將克拉克與德弗雷的基礎研究推向應用層面，證明量子現象不只是學術展示，而是能被工程化、能進入工業與科技產品的世界。

四、從理論到日常生活：量子的足跡

這三位物理學家的成果，看似抽象，卻深刻影響現代科技的多個面向：

1、醫學影像：

克拉克所開發的SQUID技術是現代 磁振造影（MRI）與腦磁圖（MEG） 的關鍵基礎，能在不侵入身體的情況下觀測神經活動。

2、量子感測：

量子隧穿效應被應用於重力探測、地震預警與材料磁性分析，可偵測極微小的磁場變化。

3、量子運算：

德弗雷與馬提尼斯的電路量子化理論促成了超導量子電腦的誕生，現今Google、IBM與Rigetti的量子處理器皆以此為基礎。

4、新世代電子學：

量子電路概念也延伸至低能耗電子元件、奈米通訊與量子加密領域，推動下一代資訊技術革命。

五、一項跨越時代的成就

2025 年的物理學獎，不僅獎勵三位科學家的突破性實驗，也象徵著人類正式跨越量子與巨觀之間的鴻溝。 正如瑞典皇家科學院在頒獎辭中所言：

「他們讓量子世界變得宏觀，讓人類得以直接觀測並駕馭自然界的基本法則。」

在電子電路的閃爍與超導體的靜默之中，這三位物理學家共同揭示了量子宇宙的宏偉秩序，也讓我們得以將看不見的世界，轉化為可被操控、可被利用的技術。

參考文獻

The Nobel Prize in Physics 2025 – Press Release. Royal Swedish Academy of Sciences. Retrieved from https://www.nobelprize.org/....../2025/press-release/

Nature Editorial (2025, October 7). Macroscopic quantum effects win the 2025 Nobel Prize in Physics. Nature News.

Clarke, J., & Braginski, A. I. (2004). The SQUID Handbook: Fundamentals and Technology of SQUIDs and SQUID Systems. Wiley-VCH.

Devoret, M. H., & Schoelkopf, R. J. (2013). Superconducting circuits for quantum information: An outlook. Science, 339(6124), 1169–1174.

Arute, F., Martinis, J. M., et al. (2019). Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. Nature, 574, 505–510.