美科学家包揽诺奖，量子电路成科技战焦点，中国量子产业急需突破

AI科技 2025年10月09日 21:16 0 admin

文 | 金锐点

编辑 | 金锐点

一说起量子，不少人第一反应是离生活太远，毕竟课本里讲的量子现象，都藏在原子、电子这些看不见摸不着的微观粒子里。

但就在2025年10月7日，瑞典皇家科学院刚公布的诺贝尔物理学奖，却把这层遥远的面纱揭开了。

三位美国高校的科学家，硬是把粒子穿墙能量跳台阶这些量子怪事，装进了一块只有1厘米大的电路里。

更关键的是，这块小小的电路如今成了全球科技竞争的焦点，美国企业已经用它造出了先进量子芯片，面对这样的局面，中国量子产业该从哪找突破点？

获奖的约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马丁尼斯解决了一个困扰物理学家几十年的关键问题。

怎么让宏观物体也遵守量子规则，过去我们都知道，量子隧穿是微观世界的专利。

比如原子核里的粒子能穿过能量屏障逃出来，这就是α衰变的原理，可宏观物体不一样，比如扔出去的球撞墙只会反弹，绝不可能穿墙。

但这三位科学家用一块超导电路，让数十亿个电子组成的系统，真的完成了一次宏观版量子隧穿。

他们实验装置的核心结构很简单，就是一种叫约瑟夫森结的部件，两块超导体中间夹着一层几纳米厚的绝缘层，整个电路做在芯片上，尺寸也就成人指甲盖的一半大。

关键在于，超导体里的电子和普通导体里各自乱跑的电子不同，它们会成对形成库珀对。

就像无数人排成整齐的队伍同步前进，没有拥挤、没有阻力，整个队伍能用一个统一的波函数来描述。

这意味着，原本分散的数十亿个电子变成了一个宏观量子体，能像单个量子粒子一样行动。

实验过程看得很清楚，科学家往电路里输入微弱电流，按经典物理的逻辑，绝缘层会挡住电流，电压应该始终是0，就像卡住的开关。

可实际测量时，电压会毫无预兆地突然跳动，这说明整个超导系统穿过了绝缘层那道无形的墙，也就是宏观量子隧穿。

更重要的是，他们还发现电路的能量不是连续变化的，而是像爬楼梯一样，只能按特定的台阶吸收或释放能量，这就是能量量子化。

为了验证，他们注入不同波长的微波，结果只有当微波能量刚好匹配电路的某级能量差时，系统才会接住这份能量，跳到更高能级。

这个结果和量子力学理论完全吻合，也坐实了宏观体系确实能遵守量子规则。

可别小看这块1厘米见方的电路，它现在成了科技战的核心焦点，原因很直接，它是量子计算机的核心零件。

量子计算机比传统计算机快，关键在量子比特，传统比特只能是0或1，量子比特却能同时处于0和1的叠加态。

而这三位科学家研发的超导电路，刚好能当量子比特的载体，电路的不同能级对应量子比特的不同状态，宏观量子隧穿和能量量子化的特性，能让量子比特稳定工作。

现在Google、IBM等美国企业的量子芯片，比如Google2024年底发布的Willow处理器，核心设计思路就源于这项成果。

美国甚至通过2025年1月生效的对华高科技投资限制新规，禁止在量子计算机核心部件等领域对华交易，显然是想在量子计算领域攥紧话语权。

再看中国量子产业的现状，其实我们有自己的优势，在量子通信领域，墨子号量子卫星实现了星地量子通信，地面上的量子城域网也在多个城市落地，这部分技术已经走在全球前列。

更关键的是，中国是全球唯一在超导和光量子两条核心路线均实现量子优越性的国家。

超导路线有2025年3月问世的祖冲之三号，105个量子比特的处理速度比全球最快超算快上千万亿倍，还首次突破了量子纠错的盈亏平衡点。

光量子路线则有九章系列持续领跑，但在超导量子计算硬件的产业化环节，我们还有短板。

要做出能稳定量产、解决实际问题的量子计算机，硬件上的瓶颈必须突破。

所以中国量子产业的突破方向很清晰，得保住量子通信的优势，继续推进星地通信网络建设，把技术落地到金融、政务这些实际场景里，然后要集中力量补超导量子硬件的短板。

还要保持多技术路线的优势，不能偏废，毕竟量子计算未来会影响密码破解、药物研发、材料设计等多个关键领域，谁先突破硬件瓶颈，谁就能在下一代科技竞争中占主动。

2025年10月的这届诺奖，它不只是对三位科学家的认可，更是量子技术已经从实验室里的理论变成了能握在手心的硬件，科技竞争的战场也从传统芯片转向了量子领域的信号。

中国量子产业只要找准方向，在超导量子硬件上持续发力，同时把量子通信的领先优势用足，就能在这场科技竞争中站稳脚跟。

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