在量子物理的世界里，常常会发生一些违反直觉的事情：粒子能穿过墙壁、能量像硬币一样一枚一枚地发放、一个系统能同时处在两个状态之中。这些现象看似只存在于微观世界，远离我们的日常经验，但今年的诺贝尔物理学奖告诉我们，这些“奇异”的量子现象可以在手心大小的电路中发生。
一张图用生活中的例子（球扔向墙壁会反弹）来解释量子力学中的隧道效应。在量子力学的微观世界里，微观粒子有一定的概率穿过原本看似不可逾越的“墙壁”，出现在墙壁的另一侧。这与我们基于经典物理形成的直觉相违背，所以让人觉得量子力学很“怪异”。
2025年诺贝尔物理学奖授予了三位科学家：约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马丁尼斯，以表彰他们在电路中发现宏观量子隧穿与能量量子化的成就。他们让量子力学从原子与电子的微观舞台跃上了可以触摸的人类尺度。
我们知道，扔出的球会撞在墙上反弹回来，不可能“穿墙而过”。但在量子世界中，粒子却能做到这一点，这就是著名的“量子隧穿”。在原子核中，粒子偶尔会穿越能量屏障逃逸出来，这种“穿墙术”正是放射性衰变（如α衰变）的根源。
物理学家已经知道，隧道效应对于一种特定类型的核衰变（α衰变）来说是必需的。原子核中的一小部分会脱离原子核并出现在原子核外面。然而，这种现象通常只出现在单个粒子层面。几十年来，物理学家都在追问：能否让由无数粒子组成的宏观体系也表现出同样的量子行为？2025年的三位诺贝尔奖得主给出了一个漂亮的答案：可以。
时间回到上世纪80年代中期。美国加州大学伯克利分校的实验室里，教授约翰·克拉克带领他的团队，包括博士后米歇尔·德沃雷和博士生约翰·马丁尼斯，开始搭建一个看似普通的电路。这个电路由两块超导体组成，中间夹着一层极薄的绝缘层，这种结构被称为约瑟夫森结。
在超导体中，电子并非各自为战，而是成对“结伴而行”，形成所谓的库珀对。这些电子对不再像普通电子那样互相推挤，而是像一支完美合拍的舞蹈队伍，共同流动、没有阻力。整个系统可以用一个统一的“波函数”来描述。这意味着，它表现得就像一个巨大的“量子粒子”。
于是，这个由无数电子组成的宏观体系具备了量子世界的特性。克拉克、德沃雷和马蒂尼斯正是利用这一特性，设计出可以观察“宏观量子隧穿”的实验。他们向电路中输入微弱电流，并测量电压变化。在没有量子效应时，电压应当始终为零，就像一个被卡住的开关。然而在实验中，他们惊讶地发现：电压会突然跳动，好像系统“穿过了”一个无形的能量屏障。
换句话说，电路中的整个超导体系完成了一次宏观量子隧穿。更令人兴奋的是，他们还发现这个系统的能量不是连续变化的，而是分成一个个“台阶”，只能按特定的份额吸收或释放能量。这种现象被称为能量量子化。
实验团队向电路中注入不同波长的微波。当微波的能量恰好与某一级能量差匹配时，电路就会“吸收”这份能量，并跳到更高的能级，就像粒子在量子世界中跃迁一样。结果：能量多了，系统更容易“穿墙”；能量少了，系统就被困得更久。这与量子力学的理论预测完全一致。
这项实验震撼了整个物理界。长期以来，人们认为量子现象只存在于微观层面，而宏观世界会因环境扰动而“去量子化”。正如著名的思想实验“薛定谔的猫”所描述的：在量子叠加态下，猫既活又死，但一旦我们打开盒子，现实只会留下一个结果。
克拉克、德沃雷和马蒂尼斯的实验让一个“宏观电子体”展现出量子跃迁与隧穿行为。这是过去被认为不可能实现的。这个系统虽然比猫小无数倍，但它确实让“量子猫”从想象变成了可测量的现实。
这项研究不仅仅是物理学上的突破，更是量子技术的奠基石。约翰·马蒂尼斯后来将这种具有量子化能级的超导电路用作信息单元，也就是量子比特。在量子计算机中，一个比特既能是“0”，也能是“1”，还能同时处于“0与1”的叠加态。如今，全球领先的量子计算研究（包括Google的量子芯片）都直接受益于他们开创的思路。
从最初的思辨，到实验的巧思，再到技术的应用，2025年的诺贝尔物理学奖标志着一个重要的转折：量子力学不再只是“微观的魔法”，它开始进入我们可以制造、操控、甚至握在手中的世界。克拉克、德沃雷和马蒂尼斯三人用一个厘米大小的电路，让人类第一次在“可见的尺度上”验证了量子力学的神奇。他们让薛定谔的猫不再只是一个思想实验的笑谈，而成为一个通往未来科技的真实起点。
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