美三學者瓜分物理學諾獎
證宏觀系統量子隧穿效應 為量子技術打開大門
物理學世界中深奧的量子力學，是計算機、加密與傳感等量子技術的基礎，能夠展示量子力學效應系統的最大尺度，一直是物理學界的關注焦點。瑞典皇家科學院周二（10月7日）宣布，今屆諾貝爾物理學獎授予克拉克、德沃雷與馬蒂尼斯三名科學家，表彰他們在一個足以用手握住的系統中，發現了宏觀量子力學隧穿效應和能量量子化，證實了量子力學效應能在宏觀系統中呈現，為眾多改變人類世界的量子技術打開大門。
量子力學通常描述的是單一粒子尺度下的物理規律，這些現象被稱為「微觀」。由大量粒子組成的「宏觀」物體，則無法表現出可見的量子行為。例如一個籃球被拋向牆壁時，它會被反彈回來。但在微觀世界中，單個粒子可能「穿過牆壁」出現在另一側，亦或同時呈正面和反面落下，這種穿過看似無法跨越勢壘的現象，即被稱為量子隧穿。
在微觀粒子世界，隧穿具有隨機性，顯得神秘莫測，通過大量樣本統計，科學家們可以設法探求其半衰期。不過當一個系統包含大量粒子時，這種量子效應會迅速消失，多粒子體系能否同時呈現隧穿行為、能否在宏觀尺度上精確呈現量子特性，長期是物理學的研究難題。
1984年至1985年間，在加州大學柏克萊分校的物理研究小組中，導師克拉克、博士後德沃雷與博士生馬蒂尼斯三人，共同設計一個宏觀尺度呈現量子特性的實驗。
三人將均分912萬獎金
在實驗中，三名科學家精確地控制電路參數，觀察到當電流通過時，難以計數的密集電荷在整個超導系統中，如同一個單一「宏觀粒子」填滿電路。這個宏觀粒子一般的系統，起初處於「零電壓」狀態，似乎被困在無法跨越的能量勢壘後面。但後續實驗顯示，這個系統也可以透過量子隧穿效應，越遷至脫離零電壓狀態，從而展現其量子特性。
三名科學家透過實驗，詳細記錄了宏觀粒子系統通過量子隧穿躍遷需時，並以統計方式描繪出其分布曲線。進一步研究表明，當輸入不同波長的微波，該系統會吸收特定頻率的能量，躍遷到更高的能級，其行為符合量子力學的預測，也與微觀粒子吸收能量躍遷的模式完全一致。
這一創新性的研究，開啟了千變萬化的量子技術世界。與以往由微觀現象組成宏觀結果（包括激光、超導或超流體）不同，這項研究是直接在宏觀系統中，展示了量子行為本身。研究人員將這種宏觀量子態視作一種人工原子，將其用於探索微觀世界的規律、奠定量子計算和量子傳感的實驗基礎。三名科學家將均分1,100萬瑞典克朗（約912萬港元）獎金。
