量子世界中的“穿墙术”，被三位诺奖得主捕捉到了
北京时间10月7日，瑞典皇家科学院宣布，将2025年诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷特和约翰·M·马蒂尼斯，以表彰其“在电路中发现宏观量子力学隧穿和能量量子化”。
今年恰逢量子力学诞生100周年。三位获奖者的突破性贡献在于，他们通过精巧的实验设计，让通常只在微观世界出现的量子行为，首次在宏观尺度的电路中通过精密测量得以清晰呈现，为量子力学从理论走向实际观测打开了新窗口。
在宏观世界中上演“穿墙术”
在《聊斋志异》的《崂山道士》篇目中，自幼仰慕道家法术的书生王七上崂山学道，终于学到了心心念念的穿墙术。师傅叮嘱他，此法只能用于正途，且必须心无杂念。回家后，王七想向妻子炫耀，结果一头撞在墙上，穿墙术失灵了。
2025年诺贝尔物理学奖，正是颁给了量子世界中的“穿墙术”（以及随之而来的能量量子化现象）。
在量子世界里，像电子这样的微观粒子之所以能“穿墙”，根本原因在于其波动性。在量子力学中，粒子不像我们生活中看到的小球一般有确定位置，而更像一团弥漫在空间的“概率云”。
在宏观世界中，一个小球遇到一面墙，就会被挡下来；而在量子世界里，当一团“概率云”遇到一堵能量构成的“墙”（物理学家称之为“势垒”）时，即使其能量低于势垒高度，它的概率波也不会在势垒前瞬间降为零，而是会指数衰减，但仍有一部分会渗透到势垒另一侧。
这种“量子穿墙”的现象，以往只能在微观粒子世界中观测到。而三位科学家的突破性工作，正是让这类量子行为首次在肉眼可见的电路中显现出来。
在1984年至1985年间，他们利用超导材料构建出一种特殊电路，在两个超导元件间夹入纳米级绝缘层，形成“约瑟夫森结”。该结构由超导材料和绝缘体组成，能使电流无阻传输，更重要的是，整个电路中的电荷表现出统一的“宏观粒子”特性。
实验发现，系统起初处于零电压状态，电流流动却不产生电压，像被一堵无形的能量墙困住。但随后，系统会通过量子隧穿效应突然“跃出”这种状态，产生可测的电压跃变——这正是在宏观尺度上捕捉到的量子穿墙证据。
研究还证实，该宏观系统的能量变化并非连续，而是呈现出一份一份的量子化特征，与量子力学理论预言完全吻合。
为下一代量子技术奠定基础
既然组成我的粒子有穿墙的可能，那我整个人是不是也有可能穿墙呢？答案是：理论上有可能，但概率极低。
整个人穿墙，需要人体全身所有数不清的粒子在同一瞬间协同隧穿，这个概率小到什么地步？需要等待它发生的时间，可能远远超过宇宙的年龄。
所以，在日常生活中，我们可以放心地靠墙休息。
宏观穿墙虽然难以实现，但量子隧穿其实无处不在。
比如，太阳内部的核聚变需要氢原子核克服巨大的电磁斥力才能靠近合并。在经典理论下，太阳核心的温度不足以提供足够能量；科学家们认为，正是量子隧穿效应让氢核有机会“穿越”能量壁垒，使聚变得以持续，让太阳能持续发光发热。
量子隧穿现象本身早已应用于技术领域，例如，我们现在使用的手机、U盘等设备中用到的闪存芯片，正是利用量子隧穿原理让电子穿过极薄的绝缘层来存储数据（但利用的是福勒-诺德海姆隧穿机制）。
而本次获奖成果所揭示的宏观量子隧穿，则为下一代量子技术——包括量子加密、量子计算与量子传感——奠定了重要的实验基础。
南方+记者 钟哲
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