迟到的诺贝尔物理学奖背后：从量子隧穿到 MPMS 磁学测量系统的四十年传奇

2025年10月7日，瑞典皇家科学院宣布，将2025年诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克（John Clarke）、米歇尔·德沃雷（Michel H. Devoret）与约翰·马丁尼斯（John M. Martinis），以表彰他们“在电路中实现宏观量子隧穿与能级量子化（for the discovery of macroscopic quantum mechanical tunnelling and energy quantisation in an electric circuit）”的杰出贡献。

诺奖级突破：超导约瑟夫森结与 SQUID 技术的诞生

回溯至1985年，3位获奖者曾在加州大学伯克利分校的同一课题组，师徒三人在当时进行了非常开创性的实验。他们巧妙利用超导约瑟夫森结的隧穿效应，观察到在约瑟夫森结的量子态行为。通过精确分析约瑟夫森结两侧的量子相位差和势垒储能特性后，团队创新性地将约瑟夫森结接入到超导环之中，成功构建出后来我们熟知的SQUID（superconducting quantum interference device）。

通过SQUID器件的量子特性，超导环中的磁通变化能够以量子态的形式从电路中得到反馈，这一特性突破了传统测量技术的灵敏度极限，为诸多领域的 “微小信号探测” 提供了可能。例如在医学领域，治疗少儿癫痫、神经相关疾病的脑磁MEG和治疗心脏相关疾病的心磁MCG，又如在地质物理领域对地质勘探和地球地磁勘测仪。

MPMS：SQUID 技术的产业化典范，定义磁学测量新基准

而在物理科学领域就不能不提到于1984年Quantum Design公司创立时推出的磁学测量系统MPMS（Magnetic Property Measurement System），也因为其运用到SQUID器件进行磁学信号的高灵敏度测量被大家广泛称为SQUID或者SQUID-VSM。

Mark I--第一台Quantum Design 的MPMS系统。使用射频SQUID控制器的2特斯拉MPMS

该系统于1984年7月交付给爱荷华州立大学的罗伯特-谢尔顿教授。

The Mark I – the first Quantum Design MPMS. This 2-Tesla MPMS used an SHE Model 30 SQUID controller and the user interface was written in BASIC on a Hewlett-Packard HP-85 computer.

The system was shipped to Prof. Robert Shelton at Iowa State University in July 1984.

左：Peter Klavins, 右：Professor Robert Shelton

MPMS系列设备获得了极大的成功，在磁学测量领域通过基于SQUID（超导量子干涉仪） 的核心探测技术，实现了高达10⁻⁸ emu的极高测量灵敏度。最新型号 MPMS3在经历了多次迭代集成了快速温控、超导开关和快速数据采集等全新技术，在保持超高精度的同时，大幅提升了测量效率，并推出了无液氦运行选项，有力地推动了超导、磁性材料等诸多前沿领域的研究。

全新一代磁学测量系统-MPMS3

这张珍贵照片源自QuantumDesign档案库，定格了诺贝尔奖得主约翰·克拉克（左二）的难忘瞬间——他的开创性研究奠定了现代实验物理学的基石。同框出现的还有#QD团队成员：公司创始人Ron Sager、战略与创新副总裁Stefano Spagna及执行副总裁Greg DeGeller。

四十余载同行：Quantum Design 与科学共同体的共生共荣

四十余年来，Quantum Design始终与全球科学工作者携手同行，以创新支持推动科研边界的持续拓展。那些重塑现代研究格局的科学思想，与我们结成了历久弥坚的合作伙伴关系。我们荣幸见证科学家们征程中的每个里程碑——从科研新星的开创实验到折桂诺贝尔的突破性研究，这份荣耀始终与我们交织共鸣。