国投证券-计算机行业周报：由诺贝尔物理学奖看超导量子计算产业-251012

（来源：研报虎）

2025年诺贝尔物理学奖颁发给超导量子计算领域先驱

　　10月7日，2025年诺贝尔物理学奖正式揭晓。约翰.克拉克(JohnClarke)、米歇尔.H.德沃雷特(Michel H.Devoret)与约翰.M.马蒂尼斯(John M.Martinis)凭借“发现了电路中的宏观量子力学隧穿效应和能量量子化”这一突破性成果共同获奖。这一成果不仅首次在宏观尺度验证了量子特性的可观测性，更为超导量子计算这一未来科技的发展奠定了坚实的理论基础。

　　量子隧穿效应是量子力学预言的微观粒子与宏观世界最显著的区别之一。当一个粒子的动能小于势垒时，经典物理学认为这个粒子将不能穿过势垒(类似于物体不能穿过墙壁)，而量子力学则允许粒子以一定的概率穿透势垒。然而，一旦涉及大量粒子，量子力学效应就变得非常微弱，因此通常认为在宏观世界无法观测到量子隧穿效应。

　　三位获奖者首次证实宏观量子隧穿效应：1984至1985年间，三位获奖者进行了一系列开创性实验。他们通过电流偏置的约瑟夫森结成功观测到了大量电子的集体量子行为，首次定量证实了宏观量子隧穿的存在。后续他们还通过微波谱学技术观测到了约瑟夫森结中宏观量子系统的能级量子化，进一步证明了整个电路的宏观行为就如同单一粒子一样呈现出显著的量子效应。

从约瑟夫森结到超导量子比特，超导量子计算蓬勃发展

　　由约瑟夫森结可构建超导量子比特。约瑟夫森结宏观量子隧穿的证实，表明超导电路系统可以被视为一种“大型人工原子”，具备明确的量子态、能级结构和可控的量子跃迁，可连接外部电路作为可控的量子单元用于更复杂的实验系统，为后续超导量子比特的发展奠定了科学基础。当前主流的Transmon型超导量子比特，通过加入约瑟夫森结构造特殊的非线性LC振荡电路，产生非等间距的势能能级，从而可构建一个二能级的量子态系统。基于Transmon量子比特与电路量子电动力学(circuit QED)架构,通过将超导量子比特与微波谐振腔耦合可实现高保真、长相干的量子操控。

　　超导量子计算产业蓬勃发展，未来可期。2019年，由三位诺奖得主之一的马蒂尼斯领军的谷歌实验室推出的53比特“悬铃木”量子芯片首次实现量子计算优越性验证。2024年谷歌的Willow芯片、2025年中科大的祖冲之3号超导量子芯片均实现性能上的快速提升，产业进入蓬勃发展的阶段。未来有望逐步实现专用量子计算机的商用化，并最终向全面容错量子计算时代迈进。

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