2025 年 10 月，瑞典皇家科學院將諾貝爾物理學獎頒給三位先驅者：約翰·克拉克 (John Clarke)、米歇尔·H·德沃雷 (Michel H. Devoret) 和 約翰·M·馬丁尼斯 (John M. Martinis)。他們的獲獎理由？就是展示量子現象可以在「你手裡拿得住的電路」中展現出來。換句話說：他們把量子兔子從微觀世界拉出來，在宏觀裝置中讓它跳舞。Science News+3NobelPrize.org+3Reuters+3
量子力學，但要「放大」版本
量子力學總帶點詭異：粒子能穿牆 (tunneling)、能量是離散的 (quantization)、物體可以處在疊加狀態。但這些奇妙行為通常只出現在原子、電子或光子的尺度。問題是：可不可以讓一個「看得見的電路」也具有這些量子行為？
克拉克、德沃雷與馬丁尼斯做到了。1980 年代中期，他們構造了一個超導電路，其中的兩塊超導體透過一層非常薄的絕緣層連接 — 這正是所謂的 Josephson 結點 (Josephson junction)。NobelPrize.org+2Nature+2
簡單說，他們讓兩塊超導體「對話」，而這層絕緣層雖然看似阻隔，卻在量子力學的世界中允許「穿隧」與干涉。整個電路像一個「巨型量子物件」，能表現出量子穿隧與能階量子化的行為。Science News+3NobelPrize.org+3physics.aps.org+3
- 巨觀量子穿隧：在經典物理中，如果一個粒子沒有足夠能量，是無法跨越障礙的。但量子力學告訴我們，有機會「穿隧」過去。克拉克等人的電路，在理論上應該被「卡住」，卻能透過量子效應跳過去。Nature+4Ars Technica+4Nature+4
- 能量量子化：他們還證明，這個電路的能量不是連續的，而是分立的級數（像階梯）。電路只能吸收或釋放特定量的能量，如同電子在原子裡。NobelPrize.org+2Nature+2
這些經典上只能在原子尺度看到的現象，他們讓它出現在一個由億萬電子組成的超導電路上。這就是「巨觀量子行為」的魅力。
為什麼這件事這麼重要？
- 打通微觀與宏觀之間的橋梁
他們的實驗顯示：量子與經典之間的界線並不像我們以為的那麼硬。由許多粒子構成的系統，也能被操控成一個統一量子對象。physics.aps.org+4Nature+4科學網+4 - 為量子科技打下基礎
今日許多量子計算平台（尤其是超導量子位元）都建立在這些技術與理解之上。Josephson 結仍是超導量子電路中的核心元件。NobelPrize.org+4blog.google+4iqus.uw.edu+4 - 更加精密的感測與度量技術
超導電路、Josephson 結在超靈敏磁力計（SQUID）、電壓標準、量子傳感器等領域已有應用。這些實驗能使這些技術更精準、更可靠。NobelPrize.org+4NobelPrize.org+4Nature+4 - 對量子基礎理論的挑戰與啟示
它迫使我們重新思考：什麼時候系統會“經典化”？是不是總有一個「界限」讓量子行為消失？用什麼條件、什麼規模，量子行為會退場？這是量子物理最深的問題之一。
歷史與人物小插曲
- Josephson 結點：這個元件得名於英國物理學家 Brian Josephson，他在 1960 年代預言超導體之間可以透過絕緣層進行量子穿隧干涉。Josephson 因此在 1973 年獲得諾貝爾物理獎。NobelPrize.org+1
- 克拉克在加州大學伯克利 (UC Berkeley) 的實驗室於 1980 年代成為超導電路與量子測量的重鎮。德沃雷與馬丁尼斯曾是他的學生／博士後，一起開拓這條道路。NobelPrize.org+2Nature+2
- 今日的 Michel Devoret 則是 Google Quantum AI 的量子硬體首席科學家。這張諾貝爾獎證明：那些早期被當作“科學家玩具”的實驗，現在成為了量子電腦的核心設計工具。blog.google+1
一個有趣比喻
想像一個舞廳裡有很多舞者（電子）各自跳舞。典型的量子實驗在管道裡觀察一兩個舞者怎麼動。但克拉克等人做的是：讓整個舞廳的舞者同步起舞，然後整個舞場像一個舞者一樣，做量子特技 — 穿牆、跳階梯（能階跳升）…聽起來很荒謬，但他們真的辦到了。
量子力學曾是舞台劇（小規模展示），這三位科學家讓它成為百老匯音樂劇。
接下來怎麼走？
- 延長 相干時間 (coherence time)，讓這些電路保持量子狀態更久。
- 在控制與擴展量子位元 (qubits) 數目時，避免串擾、噪聲、退相干等問題。
- 探索：這樣的「巨觀量子系統」可以做到多大？什麼時候量子性質消失？
- 基於這些原理，設計新的量子設備：量子記憶、量子傳感器、量子儲能、精密計量裝置等。
希望未來某日，有人能把量子運算跑到你手機裡——或者讓我運算時快一點！
