2025年诺贝尔物理学奖授予了三位物理学家——John Clarke、Michel H. Devoret和John M. Martinis,以表彰他们将量子穿隧现象从微观世界扩展到宏观尺度的开创性研究。这一成果让原本只存在于科幻小说中的“量子穿隧”现象成为现实。
量子穿隧效应依赖于量子力学的核心特性,如波粒二象性和不确定性原理。在经典力学中,如果一个物体没有足够的能量越过障碍物,它就无法通过。然而,在量子世界中,微观粒子(如电子)因其波粒二象性,可以以一定的概率“穿透”障碍物,即使其能量低于障碍物的高度。这种现象被称为量子穿隧。
量子穿隧效应不仅存在于理论中,还在自然界和科技领域有着广泛应用。例如,太阳内部的核聚变反应正是依赖量子穿隧效应,使原子核克服相互排斥力,从而实现持续的核融合。此外,半导体产业中著名的Fowler-Nordheim穿隧技术,利用高电压让电子穿过绝缘层,成为快闪存储器数据存取的核心机制。
在科技前沿领域,法国新创公司Nanomade正致力于开发基于量子穿隧技术的超薄柔性形变传感器,预计将在Touch Taiwan 2026展会上亮相。这一技术展现了量子穿隧效应在现代工业中的巨大潜力。