诺贝尔物理奖：突破障碍的量子粒子
穿墙而过，同时体验生死，跨越距离，进行虚拟心灵感应。这些听起来犹如科幻小说的事情，却是量子粒子的现实世界。
John Clarke, Michel H. Devoret 和John M. Martinis三位物理学家证明，在我们可感知的体系中，就算是更大的东西也是遵循着这些奇特的规则。他们因这项发现而荣获诺贝尔物理学奖。
英国物理学家John Clarke1942年生于剑桥。因其在超导体和量子系统方面的开创性工作而闻名，这些技术也应用于医学和基础研究。他在加州大学伯克利分校成立了一个研究小组，与今年的另外两位获奖者——法国物理学家Michel Devoret和美国物理学家John Martinis——一起开展研究。
Michel H. Devoret1953年出生于巴黎，并于巴黎大学获得博士学位。20世纪80年代中期，他加入John Clarke的研究小组，担任博士后。之后，他先后在萨克雷核研究中心和耶鲁大学工作。他的研究方向为量子计量学和超导量子比特。DEvoret曾荣获多项奖项，包括约瑟夫森奖（2004年）和弗里茨·伦敦纪念奖（2014年）。
John H. Martinis，生于1958年，也曾以博士生身份加入John Clarke的研究团队。后来在加州大学圣巴巴拉分校任教，并成为谷歌量子系统的首席开发人员。他领导的团队于2019年实现了“量子霸权”的里程碑，让量子计算机首次在特定任务上超越现有计算机。Martinis曾获弗里茨·伦敦纪念奖（2014年），并且是美国国家科学院院士。
奇妙的量子世界
所谓量子是指任何物理量存在的最小、不可分割的基本单位。光伏、激光、核磁共振，这些都是基于量子学的日常应用。这些量子粒子适用的物理规则与我们日常生活中熟悉的规则完全不同。
如果把一个球抛向墙壁，我们通常认为它会反弹回来。然而，在量子力学的世界里，把球抛向墙壁足够频繁，它最终有可能“穿过”墙壁。在量子粒子中的观察中可以看到：它们可以穿透原本无法逾越的障碍物。
电子一起“舞动”
然而这一现象一直仅在理论上得到描述。然而，在20世纪80年代进行的一系列实验中，John Clarke, Michel H. Devoret 和John M. Martinis三位物理学家成功证明了这种奇特的行为在某些情况下确实会发生。
他们研究了超导电路。电子与传统电流不同，在极低温度下无阻力地流过电线。就像推一下汽车，它就能永远行驶下去，而且不会消耗任何能量。电线中的电子聚集在一起“舞动”，单个电子的“偏转”程度较小，不会损失任何能量。
在三位诺贝尔物理奖得主进行的实验中，电子像一个巨大的量子粒子在同步的“舞动”中，流过整根导线，跨越导线中的空隙。电子束由此“隧穿”了屏障。实际上没有电流通过，也有电流流动。
今年的诺贝尔奖得主由此证明了，即使是更大的物体也能实现这种隧穿技巧。
量子计算机的量子飞跃
John M. Martinis后来将研究人员的发现用于量子计算机实验。他将实验中电路的原理用作量子比特。传统的比特可以假设状态“0”或“1”。该电路可以假设更多状态，因此理论上能够提供数倍的计算能力。
量子计算机目前尚未达到那个水平。但他们对量子计算机的卓越性能研究已经取得了一些进展，为其应用开辟广阔的前景。汉堡大学量子物理研究所的课题组长Henning Moritz解释道，“如果我们拥有更强大的计算能力，我们就能计算出更好的气候模型，或者找到将水转化为氢和氧的催化剂用于储能，或者研发出对抗新冠病毒等疾病的新药，”
量子物理年
今年是量子粒子诞生一百周年：1925年，维尔纳·海森堡、尼尔斯·玻尔和埃尔温·薛定谔等一小群物理学家首次描述了量子世界。当时，量子力学仍被认为是一种理论构想，几乎没有应用潜力。
量子理论一直被认为可以描述单个量子粒子的系统，但不适用于更大的尺度。今年诺贝尔奖得主的发现证明了这一假设是错误的。
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