从量子穿墙到量子霸权：诺奖得主马蒂尼斯的40年量子革命之路-CFANZ编程社区

从量子穿墙到量子霸权：诺奖得主马蒂尼斯的40年量子革命之路

2025年诺贝尔物理学奖再次聚焦量子力学领域，三位科学家因在宏观尺度上揭示量子现象而获奖。其中，约翰·M·马蒂尼斯的故事尤为引人注目——从量子隧穿实验到量子霸权证明，再到创业新征程，他的40年科研生涯见证了量子技术从理论走向应用的完整历程。🚀

量子力学描述的是微观世界的奇特规律，在这个尺度上，粒子会做出一些看似"违背常识"的行为。最典型的例子就是量子隧穿效应——单个粒子有时会施展"穿墙术"，出现在屏障的另一侧。🔬

然而，随着量子系统规模的扩大，这种神奇的现象通常会消失，变得像宏观世界中的网球一样，碰到墙壁就反弹。这正是40年前那支"梦之队"要挑战的物理边界。

量子隧穿效应：在量子力学中，粒子有一定概率能够穿越能量势垒，即使其能量低于势垒高度。这种现象在半导体器件、核聚变等众多领域都有重要应用。

1985年，43岁的约翰·克拉克、32岁的米歇尔·H·德沃雷特和27岁的约翰·M·马蒂尼斯组成了这个改变量子物理历史的团队。他们的实验设计看似简单：探究宏观系统是否能像量子系统一样运作。

马蒂尼斯负责建造和调试设备，他对工程技术的敏感度让实验设备完全按照设计要求运行。德沃雷特则以其"如果……会怎样？"的思维方式激发新想法，克拉克的严谨作风确保了测量的精确性。

他们的突破性发现令人震惊：一个尺寸约为一厘米的芯片上的超导电路，竟然像一个"巨型原子"一样，展现了量子力学的最奇异特性。由数十亿个协同作用的库珀对组成的超导电路可以从一种能态"隧穿"到另一种能态。

理论物理学家安东尼·莱格特指出："这表明，量子世界的奇异行为不会随着规模的扩大而消失。"这一洞见彻底改变了量子研究，将微观世界的量子物理学规则带入了宏观世界的电路和电线当中。

2014年，马蒂尼斯带着团队加入了谷歌量子人工智能实验室，着手开发量子计算机。2019年，他们成功研发了名为Sycamore的量子处理器，并实现了"量子霸权"。

Sycamore在约200秒内完成了一项经典超级计算机需要1万年才能完成的计算任务。这一成就不仅震惊了量子计算行业，也震动了整个科学界。许多人曾预计，实现"量子霸权"还需要几年甚至几十年的时间。

量子霸权的意义：理论物理学家约翰·普雷斯基尔提出的"量子霸权"概念，指的是在特定任务上，量子计算机的性能压倒性地超越了传统计算机。这证明了量子机器能做传统机器做不到的事情。

马蒂尼斯并不满足于"量子霸权"的概念证明。他深知，实用的量子计算机才是行业成功的关键。在接受采访时，他分享了自己的研究哲学：

"当我进行基础研究时，知道最终会有一个应用程序、一个设备或一个系统需要构建，这对我来说非常有益。对我来说，这是一个自然而然的过程，我会从最基本的问题开始认真思考，到底我们需要知道什么才能真正让某个东西发挥作用？"

他列举了量子计算机的几个实际应用方向：

在谷歌宣布实现量子霸权后仅半年，马蒂尼斯意外地从谷歌辞职。他透露，团队内部关系紧张，起点就是他们提出要进行量子霸权实验的时候。

马蒂尼斯的个人研究风格强调专注于重要问题，但团队中的人们很难专注于单一目标。"我认为团队中的人们很难专注于量子霸权，因为这意味着他们无法从事其他想做的事情，最重要的是，我们可能会失败。"

矛盾的是，"一旦我们实现了量子霸权，就不需要那么高度的专注了，大家自然会想要更多的独立性……看到大家的紧张关系，他们（团队）和管理层认为，最好还是让我不再领导这个项目"。

离开谷歌后，马蒂尼斯移居澳大利亚，加入量子计算初创公司SQC。"我选择来到SQC，是因为他们看重原子级制造的独特方法。世界上没有其他人能做到他们的能力。"

马蒂尼斯的信念："打造一台量子计算机是我毕生的梦想。如果我们能够成功大规模建造一台量子计算机，这将是一项具有巨大影响力的变革性成就，将对人类产生深远的影响。"

量子计算技术的发展正在加速从理论研究向实际应用转变。根据行业分析，量子计算市场预计将在未来十年内快速增长，主要应用领域包括：

在接到诺贝尔奖组委会的电话时，马蒂尼斯回忆起40年前与克拉克、德沃雷特一起相互激发想法、朝着一个目标各自贡献的时光。✨

他概括自己沿着"量子计算"一路向前的职业生涯：无论是40年前为他带来诺贝尔奖的研究，还是加入谷歌带领团队证明"量子霸权"，抑或是出走谷歌继续打造量子计算机，其实都是在追求：

在对的时间、对的地方（公司），与对的人，用对的技术一起工作

马蒂尼斯的故事不仅是一个科学家的个人奋斗史，更是量子技术从理论走向应用的缩影。他的经历告诉我们，真正的创新往往需要跨越学科边界，融合基础研究与工程实践，在专注与开放之间找到平衡。🌟

随着量子计算技术的不断发展，我们有理由相信，这个曾经只存在于理论物理学家脑海中的概念，终将成为改变世界的重要力量。而像马蒂尼斯这样的科学家，正是推动这一变革的关键人物。

思考与行动：量子技术的时代已经到来，我们每个人都应该关注这一领域的发展。无论是作为投资者、研究者还是普通公众，理解量子技术的基本原理和潜在影响，都将帮助我们更好地把握未来的科技趋势。