ChatGpt (Openai) 开发的描述 |张天荣的2025年诺贝尔奖授予了三位“发现电路中宏观量子力学隧道效应和现象能量体积”的科学家。这三位科学家分别是：约翰·克拉克（John Clarke，1942-），出生于英国剑桥；米歇尔·H·德沃雷（Michel H. Devoret，1953-），出生于法国巴黎；约翰·M·马蒂尼斯（John M. Martinis，1958-），出生于美国。获奖时，三人都是美国加州大学的教授。这三位学者获得诺贝尔奖的任务过去了，不过是40年前的事了。 1985年左右，在加州大学伯克利分校的实验室里，他们通过一系列开创性的实验证明，数量世界的独特特征可以在足以握在手中的宏观系统中实现。他们的超导电子系统可以从一种状态隧道到另一种状态，例如直接走到一堵墙边。他们还秀正如体积力学所预测的那样，系统吸收和释放一定数量的能量。此外，他们的获奖工作还与另外两位诺贝尔物理学奖获得者有关。他们也算是站在了巨人的肩膀上。 01 从约瑟夫森交界处开始。特别是获得2025年诺贝尔奖的超导电子系统的主要部分就是约瑟夫森结。与之相关的约瑟夫森撞击是在1960年被另一位22岁的年轻人发现的……这位年轻人的名字叫布赖恩·约瑟夫森（Brian Josephson，1940--），英国理论物理学家、剑桥大学物理学名誉教授。他因其在超导和隧道体积方面的领导地位而闻名，并因此获得了 1973 年诺贝尔物理学奖。约瑟夫森（1973年诺贝尔奖获得者）发现了约瑟夫森对卡文迪什实验室的影响。约瑟夫森出生于英国，父母是犹太人。作为一名研究生，他成为了一名剑桥大学卡文迪什实验室凝聚态理论小组成员。尽管约瑟夫森的科研事业不错，但他还太年轻。当他提出任何新想法时，不可能不被物理学专家询问。在发现约瑟夫森的影响的过程中，他与他的两位先辈：巴丁和安德森的学术接触有点值得注意。那是1962年，那一年，1977年获得诺贝尔奖的菲利普·安德森39岁，1956年和1972年获得诺贝尔奖的约翰·巴丁54岁，约瑟夫森22岁而已。大三的基础物理和学生研究生有交集。在超导实验中，电路被设计为接收“普通”隧道电流，即由单个电子产生的波，铜对本身似乎不会穿过氧化物。然而，约瑟夫森有了一个想法，并计算了库珀对本身是否有可能穿过氧化物屏障。通过计算，约瑟夫森发现一些令人惊讶的、看似偶然的结果被发现了！一是即使电压为零，也会有超电流流过这个“结点”（直流约瑟夫森效应）；另外，一旦施加电压，超电流就会振荡（交流约瑟夫森效应）。今年结合安德森从美国访问剑桥为期一年，提供了超导方面的mga讲座。安德森在当时的固体物理学界颇有名气，约瑟夫森对他的课程很感兴趣并深入研究。于是，约瑟夫森与授课的安德森一起展示了他利用多体微观理论得到的计算结果。安德森回顾了该理论并同意约瑟夫森的结论。然而，美国物理学家巴丁当时反对约瑟夫森的工作，并立即提交了一篇文章，重点指出“这样的超流体不可能存在”。巴丁获胜1956年和1972年两次获得诺贝尔物理学奖。第二次诺贝尔奖是因为他建立的BCS理论来解释传统的超导性。对于这样一位超导界的大师，约瑟夫森坚持自己的观点，几乎不讲道理。他有一种“初生牛犊不怕虎”的精神，差点让权威巴丁刮目相看。然而，安德森回到贝尔实验室后，他联系了另一位实验科学家约翰·罗威尔。他们改变了外部电路调整并短时间观察了超电流并提交给公众。约瑟夫森证实的超导现象：约瑟夫森的结果得到证实。他的博士学位论文是关于超导体中的非线性传导。1973 年获得约瑟夫森贝尔奖。安德森后来（1977 年）还获得了诺贝尔物理学奖。值得注意的是，该学生比老师早四年获得诺贝尔奖。约瑟夫森无疑是一位物理学家纽斯。遗憾的是他发现了超导量子比特，却患上了“诺贝尔病”。所谓“诺贝尔病”通常用来形容诺贝尔奖获得者身上经常出现的怪癖，导致他们在晚年追求伪科学或产生一些有趣的想法。从 20 世纪 70 年代初开始，约瑟夫森将注意力转向主要科学界之外的问题：训练超验冥想和探索体积神秘主义。他相信造物主的存在，并相信冥想穆尼可以带来神秘和科学的视角。约瑟夫森效应是体积隧道效应的一种。电子隧道效应的总体积于1927年被发现。1928年，乔治·伽莫夫利用体积隧道效应阐明了原子核的α。然而，超导中的超电流是电子对（铜对）的不稳定流动。约瑟夫森计算并预测，库珀对在sup导体可以像普通电子一样产生大量的隧道效应，这就是约瑟夫森效应。约瑟夫森是第一个预测库珀对隧道效应的人 [1]。 “旋转产生的电子对” “库珀对”是超导性的来源。根据Bardeen等人1957年提出的BCS理论，低温超导下的电子并不是单独运动，而是软集成并稳定配对在一起，形成电子对。两对电子的自旋是上下的，它们的动量也大小相等，方向相反。两个电子相互干涉，合而为一，不能，在约瑟夫森预言之前，人们只知道非超导状态的电子可以通过隧道效应的量流过绝缘层。不过，非常可以理解的是，约瑟夫之后处于超导状态的库珀对也有这种现象儿子的预测和安德森等人的实验证实。查看图2：约瑟夫森效应02。约瑟夫森效应“缩小版”薛定谔猫眼的发现和解释，扩大了隧道效应的数量，这种现象从超导状态下“库珀对”中的单个电子开始。然而，它仍然是单个“粒子”体积的微观行为，很难从宏观角度理解。自从体积力学问世以来，它的结论就挑战着人们的直觉。最流行的例子是体积力学中的叠加态，常常用“薛定谔的猫”的实验思想来描述。薛定谔的思维实验旨在揭示这种情况的无知。例如，在原子核的衰变中，粒子处于“腐烂”和“未指定”的叠加状态。如果和宏观世界的事物联系起来，比如正如猫的生与死一样，会有一只“既生又死”的猫。这在现实世界中是不可能的，我们从还没有的Kita开始。在宏观现象中，由于宏观物体与周围环境之间存在着必然的关系，因此无法观察到状态叠加状态和干扰状态。这种接触会破坏微观叠加态和快态，称为“波函数塌缩”。那么，如何将微观现象与体积力学与我们平常的宏观现象联系起来呢？医生们并没有停止这样的思考。也就是说，“薛定谔的猫”这个实验肯定不可能用真猫来实现，更不可能确认实验室里猫的数量。但我们能在实验室里创造出“缩小版”的薛定谔猫吗？图3：安东尼·莱格特（2003年诺贝尔奖得主） 这是英国N物理学家安东尼·莱格特（Anthony Leggett）提出的一个大胆想法吉特于 1938 年-）[2]。安东尼·莱格特（Anthony Leggett）是体积力学领域的著名物理学家，以其在超流体和超导领域的贡献而闻名。与他直接相关的是他对低温物理和体积现象的研究，特别是液氦（超流氦）体积行为的研究。他的工作反映了超流氦的准粒子（声子、旋子等）等物理量状态以及与液氦循环相关的体积效应。他的研究还涉及体积旋转材料中的动态旋转和相关体积现象，特别是在低温传输材料中的作用。他因“对超导体和超流体理论的开创性贡献”而获得2003年诺贝尔物理学奖。 20世纪70年代末，他预言可以在超导电路中观察到一种被称为“宏观量子隧道效应”（MQT）的现象。因为超导电路具有极低的阻力，它们对环境的耗散附着，这使得它成为可能。然而，这是在20世纪80年代由加州大学伯克利分校的三位科学家实现的。 1968年，他在英国获得了加州大学伯克利分校的博士后研究职位，随后担任助理教授（1969年）、副教授（1971年），最后担任物理学教授（1973-2010年），度过了他整个伯克利分校的整个学术生涯。当时（1982年至1984年），克拉克的博士后研究员米歇尔·H·德沃雷特（Michel H. Devoret）从法国移居美国，与来自美国的研究生约翰·M·马丁内斯（John M. Martinez）三人组成了一支强大的团队。他们的目标是证明莱格特的推测：找到在简单的“电流方言约瑟夫森结”系统中存在宏观量子效应的证据。这种类型的实验是一个巨大的挑战。任何来自外界的轻微噪音世界可以改变系统并导致虚假的混凝土茂盛。最后，他们的一系列实验研究有点成果[3]。他们注意到这些电路至少有两个体积效应：能量体积和系统的宏观量子隧道效应。约会是一种常见的体积现象，这意味着电路只能存在于某些离散能量状态，例如原子中的电子，见图4左下图。后者更有趣，意味着电路可以从一种状态“跳跃”到另一种状态，而无需跨越势垒！它是隧道效应量的宏观版本，有效地破坏了经典物理学中被认为不可测量的障碍（图4，右）。根据经典物理学，如果球没有足够的能量，就不可能滚动一座山。除非山下挖了隧道，而在体积的微观世界里，根本不需要挖隧道，总有一定的坡度。粒子可以跳跃的可能性。克拉克三重奏的电路还是可以的！至关重要的是，它们的电路系统足够大，可以被视为“宏观”实体。因此，他们第一次注意到“宏观量子隧道”现象。他们的演示有力地证明了体积力学并不局限于原子尺度。克拉克的团队利用约瑟夫森结，将超导体的独特特性与体积隧道现象相结合，创建了一个显示数量的宏观电子电路。这个宏观电路就像单个微观颗粒一样。首先，电路系统处于有电流流动而无电压的状态。原因是基于超导体的特性：即使没有外部电压，它们目前也会随之流动。从经典的角度来看，处于这种初始状态的电路就像处于不相容的山下，状态似乎没有变化。但是后来的实验提供了奇迹般的结果：零电压状态可以自愿（有一定可能性）从这个初始状态转移到电压不为0的状态。换句话说，电路隧道在另一种状态！隧道体积现象表明电路处于电压“0”和“非0”两种状态的叠加状态。它们按照某种可能性相互转换，比如“薛定谔的猫”。三位科学家进行的实验表明，大量这些粒子的集体行为似乎是单个微观粒子体积的行为。尽管这个宏观系统是由许多对库珀组成的，但仍然比真正的猫小许多数量级，但从整体的物理角度来看，它与薛定谔猫的宏观行为非常相似。图 4：2025 年诺贝尔奖获得者的作品 图片来源：© 瑞典皇家科学院 The Macrosc克拉克团队的论文《量子效应》代表了应用物理学的重大发展。他们的系统涉及大量粒子共同生成一个宏观系统，但数量属性仍然存在：能级的可用性以及从一种状态隧道到另一种状态的能力。由大量粒子（包括流经超导电路的大量电子）组成的宏观系统可以用波函数来描述，这在理论上是混乱的。这种波的运行决定了观察到体积系统在某种状态下具有多种性质的可能性。他们的工作在接下来的几十年中具有远程应用，例如利用类似于固态量子比特的系统中的两种最低能量状态。这类超导量子比特电路是当前流行的计算机卷的基础。三位获奖者之一的约翰·马丁内斯 (John Martinez) 此前曾在 Google 工作，致力于打造 vo使用超导量子比特的 Lume 计算机。 2019年10月23日，马丁内斯和他的团队在《自然》杂志上发表了题为《使用可编程超导处理器实现NG量子》的论文，首次介绍了如何使用Quantum量子处理器实现量霸。参考文献： [1] B.D. Josephson，超导隧道效应的可能新效应，《物理快报》，1 (7)，7 月 1 日，第 1961 页”，Phys. Rev. B 35, 4682 - 1987 年 4 月 1 日出版 特别声明：以上内容（如有则包括照片或视频）由“网易号”自媒体平台用户上传发布。本平台仅提供进口存储服务Masyon。 注：以上内容（包括照片和视频）由网易号用户上传发布，网易号为社交媒体平台，仅提供信息存储服务。