剑桥大学校友荣获2025 年诺贝尔物理学奖

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剑桥大学校友约翰・克拉克（John Clarke）教授与米歇尔・H・德沃雷（Michel H Devoret）、约翰・M・马丁尼斯（John M Martinis）共同荣获 2025 年诺贝尔物理学奖，以表彰他们在揭示量子物理实际应用方面所做出的贡献。

图：（左）约翰・克拉克（圆圈标注）在卡文迪许实验室攻读博士学位时的照片；（右）约翰・克拉克肖像画

克拉克是美国加州大学伯克利分校研究生院荣誉教授，他在剑桥大学完成了本科和博士学业。他出生于剑桥，凭借学术奖学金进入佩斯学校就读，随后进入剑桥大学基督学院攻读自然科学专业本科。

克拉克转入达尔文学院攻读博士学位，并于 1968 年在卡文迪许实验室完成学业。他的研究聚焦于超导量子干涉装置（SQUIDs）的理论、设计与应用 —— 这种装置是超灵敏的磁通量探测器。

卡文迪许实验室主任梅特・阿塔图尔（Mete Atatüre）教授表示：“约翰・克拉克与米歇尔・德沃雷、约翰・马丁尼斯共同为当今基于超导量子比特的量子技术打开了大门，将基础量子现象应用于实际设备中。另一位来自卡文迪许实验室的诺贝尔奖得主布莱恩・约瑟夫森（Brian Josephson）最早提出‘两个超导体之间的隧穿效应可产生新量子相’的概念，而约翰・克拉克在卡文迪许实验室攻读博士期间，证实了我们如今所说的‘超导 - 正常 - 超导（SNS）约瑟夫森结’的工作原理 —— 这一结构本质上是如今所有超导量子比特的核心。德沃雷与马丁尼斯则引领了将这一基础量子物理概念转化为现代超导量子计算技术的进程。今日的获奖消息令我无比振奋，他们实至名归。”

物理学领域的一个核心问题是：能够呈现量子力学效应的系统，其最大尺度究竟能达到多少？克拉克、德沃雷与马丁尼斯通过电路实验，在可置于掌心的系统中，同时证实了量子力学隧穿效应与量子化能级的存在。

量子力学允许粒子通过一种名为 “隧穿” 的过程直接穿过势垒。然而，一旦涉及大量粒子，量子力学效应通常会变得微不足道。而这三位获奖者的实验则证明，量子力学特性可在宏观尺度上得以具象化。

1984 年至 1985 年间，克拉克、德沃雷与马丁尼斯利用由超导体构建的电子电路开展了一系列实验。所谓超导体，是指能够在无电阻状态下传导电流的元件。在该电路中，超导元件被一层薄薄的非导电材料分隔，这种结构被称为 “约瑟夫森结”（Josephson junction）。通过优化并测量电路的各种特性，他们得以控制并探究通入电流时电路中产生的现象。最终发现，在超导体中运动的带电粒子群共同构成了一个特殊系统 —— 该系统的行为模式，宛如一个填满整个电路的 “单一粒子”。

这种类粒子的宏观系统，初始状态下呈现 “无电压却有电流” 的特性。此时系统会被困在该状态中，就像被一道无法逾越的 “壁垒” 阻隔。而在实验中，该系统展现出了量子特性 —— 它能通过隧穿效应突破限制，从无电压状态中 “逃逸”。研究人员则通过 “电压的出现” 检测到了系统状态的变化。

此外，三位获奖者还证实，该系统的行为完全符合量子力学的预测：它具有 “量子化” 特征，即只会吸收或释放特定量级的能量。

剑桥大学校长黛博拉・普伦蒂斯（Deborah Prentice）教授表示：“祝贺剑桥校友克拉克教授因在量子力学隧穿效应领域的研究，与他人共同荣获今年的诺贝尔物理学奖。他不仅成长于这座非凡的城市，更是在此完成了从本科到博士的全部学业。”

“克拉克教授如今与其他 125 位荣获诺贝尔奖的杰出剑桥校友及研究人员并肩，这一成就彰显了我校在科研与教育领域的卓越影响力。”

克拉克多年来始终与剑桥大学保持着紧密联系，并曾多次重返，具体包括：1972 年当选基督学院院士；1989 年担任克莱尔学堂访问学者；1998 年当选丘吉尔学院客座院士。2003 年，他被剑桥大学授予科学博士学位（ScD）；2023 年，当选达尔文学院荣誉院士。

约翰・克拉克是剑桥大学第 126 位荣获诺贝尔奖的关联成员。