Google量子團隊奪諾貝爾獎！搞懂2大獲獎關鍵：觀測「電路穿牆」為何很重要？量子電腦近了？

數位時代

2025年10月8日週三下午3:07

重點一：Google量子電腦核心人物 John M. Martinis、Michel H. Devoret 與 John Clarke 獲頒諾貝爾物理學獎，表彰其對超導量子技術與量子感測的關鍵貢獻。

重點二：三人以可手持電路清楚展示量子穿隧與能階量子化，奠定超導量子位元從小型實驗走向多量子位元裝置的里程碑。

重點三：延續 Google 2019 年宣稱的「量子霸權」與 2024 年 Willow 晶片成果，量子計算應用前景涵蓋資安、藥物研發與金融建模。

2025 年諾貝爾物理學獎頒予 John Clarke（約翰·克拉克）、Michel H. Devoret（米歇爾·德沃雷）與 John M. Martinis（約翰·馬丁尼斯），表彰其在電路系統中揭示「宏觀尺度的量子穿隧效應」及「能量量子化」現象。

此一成果打破過往對量子效應僅屬微觀世界的直覺限制，證明由大量粒子組成的電路也能呈現明確的量子行為，對量子工程與量子運算硬體設計具里程碑意義。此次獲獎的核心在於讓「宏觀量子行為」變得可見、可控且可設計，為下一代量子技術鋪路。

諾獎委員會主席 Olle Eriksson（奧勒·艾瑞克森）指出，量子力學自誕生逾百年仍不斷帶來新驚喜，同時其理論與技術已成為現代數位科技的基礎，呼應今日從半導體、超導電路到量子感測的廣泛應用。

瑞典皇家科學院表示，三人以實驗性突破推進量子計算與量子感測的發展。其中，Martinis 與 Devoret 均深度參與 Google 的量子人工智慧硬體計畫；Martinis 曾在 Google 領導量子硬體並推進「量子霸權」，Devoret 則出任 Google 量子硬體首席科學家，並任教於耶魯大學與加州大學聖塔芭芭拉分校。

《彭博社》指出，本次獎項反映量子計算從學術走向實務應用的加速趨勢，對資安、藥物開發、金融建模等領域具有潛在顛覆性影響。

什麼是量子穿隧？

總結以上，這三位得主的得獎理由可濃縮為兩點：在超導電路中發現並精確測量「巨觀量子穿隧」與「能量量子化」。

量子穿隧：一般球丟到牆上只會彈回來，不會「穿牆」。他們製作由兩個超導體與中間薄薄絕緣層構成的「約瑟夫森接面」電路，讓成群結隊的電子配對（稱為 Cooper 對）像一個「巨大粒子」共同行動。原本電路處在「沒有電壓」的穩定狀態，理應不會自行改變；但實驗觀察到它會突然「跳」到有電壓的狀態——等於整個系統像粒子那樣穿過了看不見的能量障礙，這就是巨觀版的量子穿隧。

繼續用丟球來說明：你丟球到牆上，球一定會彈回來，是因為球沒有足夠能量打穿牆。但在量子世界，像電子這樣的小粒子，明明「不夠力」，卻有機率直接出現在牆的另一邊，像是穿過一道看不見的隧道，這件事就叫「量子穿隧」。

能量量子化：他們用微波「餵能量」給系統，發現系統並非連續吸收能量，而是只有在「剛好對到」特定能量差時才會吸收，並升到更高的能階。這證明即使是由「數十億個 Cooper 對」組成的巨大系統，能量仍以「固定份量」的台階呈現。

想像坐電梯，只能停在第1樓、第2樓…，不能卡在1.3樓。量子世界裡，原子、電子的能量也只有特定「樓層」可以待，這些固定的樓層就是能階。要改變狀態，必須拿到剛好對應的「票價」，也就是一份固定大小的能量，稱為「量子」。拿到這一份，粒子就能跳到下一層；拿不到，就哪裡也去不了。

上述的觀測貢獻在於，不只是把很多微小效果「堆起來」看，而是直接在可手持的超導電路上，量到整體性的量子行為（如共用的波函數）。他們首次在巨觀尺度清楚展示：量子規則不只屬於微觀世界，在適當條件下也能主宰「大的系統」。

白話來說： 他們把量子世界的「穿牆術」與「能量一格一格」這兩種怪現象，用可拿在手上的超導電路清楚做給大家看。

對未來量子電腦的意義？

上述宏觀量子穿隧與能量量子化的證據，為更穩定、可擴充的超導量子電腦硬體奠定關鍵基礎—— 讓量子電腦的核心零件更「聽話、穩定、可量產」，離實用更近。

研究證明量子效應不只存在於微小世界，也能在「電路」這類大尺寸系統中可靠重現。對超導量子位元而言，這代表能更精準設計能階與穿隧特性、減少雜訊、延長相干時間，並提升運算正確率。

因可在宏觀電路中量測與控制，製程與品管更貼近半導體工業，良率與可擴充性有望提升，讓量子處理器從少數位元走向更大型、可實際解決問題的機器。

延伸閱讀：Google一個小改動，讓Reddit蒸發數十億美元市值！num=100是什麼？對SEO有什麼影響？

資料來源：Nobel Prize in Physics 2025

本文初稿為AI編撰，整理．編輯/ 李先泰

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