2025年10月7日，还在睡梦中的Michel H. Devoret教授被手机和电脑接连不断的提示音吵醒，这位资深物理学家还以为是恶作剧骚扰，直到自己的女儿为他证实了这一消息：他与另外两名同事John Clarke和John Martinis，因为1985年“在电路中发现了宏观量子隧穿和能量量子化”而荣获今年的诺贝尔物理学奖。

图1 2025诺贝尔物理学奖获奖者 / Nobel Prize Outreach

简单来说，就是过去在原子尺度才能观察到的量子现象，首次能在巴掌大的宏观可控电路上得以实现。

如今已经72岁高龄的他，正在加州大学圣巴巴拉分校组建新的研究团队，在耶鲁大学也有未结束的研究项目，更不用说他还是谷歌量子硬件部门的首席科学家。身兼三职的他，忙到根本没有意识到现在是诺贝尔颁奖季，更不用说他从未考虑过会获得诺奖。

图2 Michel H. Devoret教授 / Google

在他看来，如果自己40年前的研究成果获奖，那必然是有了实际的技术落地，比如量子计算机得到普及。但现实并非如此，所以新颁布的诺奖，更多是认可他们的研究成果，对量子力学的发展提供了基础理论支撑。

自量子力学诞生的量子光学

恰逢2025年作为量子力学的百岁诞辰，联合国教科文组织将其设立为“国际量子科学与技术年”，也正是这一背景下，本届诺贝尔物理学奖的颁布更具象征意义。而量子光学作为量子力学与光学交叉领域的学科，可以看作是量子力学在光场上的应用分支，同样在这百年间迎来了高速发展。

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  1900年，普朗克为解决黑体辐射问题，最早提出了“量子”的概念。
• 1905年，爱因斯坦提出“光量子”概念，也确立了光场本身的量子化，为量子光学奠定了基石。
• 1925年，海森堡、玻恩、约旦的论文接连发表，正式建立了完备量子力学体系。
• 1963年，罗伊·格劳伯发表了《光学相干的量子理论》，成功将量子力学方法应用于光学，解释了光的相干性，也标志着量子光学作为一个学科的正式成立。
• 1970年，伯纳姆和温伯格通过实现SPDC实验，为纠缠光源的诞生提供了理论基础。
• 1977年，金布尔等人进一步地证明了光是由光子组成的，随后发现了特征与经典状态不同的未知光量子态，例如压缩光。
• 1982年，阿兰·阿斯佩首次对量子纠缠进行精确测量。
• 1987年，罗切斯特大学团队发现Hong–Ou–Mandel效应。
• 1995年，克特勒等人在低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝态。
• 2015年，NIST团队实现无漏洞贝尔不等式实验。
• 2016年，中国科学院发射“墨子号”量子科学实验卫星，成功实现两个量子纠缠光子被分发到相距超过1200公里的距离后，仍可继续保持其量子纠缠的状态。
• 2020年，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳团队打造“九章”光子量子计算原型机，实现量子优越性。
• 2021年，国防科技大学QUANTA等团队成功研制成功新型可编程光量子计算芯片。

在近30年来的诺贝尔物理学奖中，就有5次颁给了量子光学领域的研究。

• 1997年，朱棣文、Claude Cohen-Tannoudji、William Daniel Phillips，“发展了用激光冷却和捕获原子的方法”
• 2001年，Eric Cornell、Carl Wieman，“在碱性原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚态方面获取的成就”
• 2005年，Roy Jay Glauber，“对光学相干的量子理论的贡献”
• 2012年，Serge Haroche、David J. Wineland，“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”
• 2022年，Alain Aspect、John F.Clauser、Anton Zellinger，“纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和开创量子信息科学”

图3 诺贝尔物理学奖获奖者 / Nobel Prize Outreach

正因为两大学科间的紧密联系，量子力学领域获得的诸多成就，也为量子光学的发展铺设了道路。这点我们从今年诺贝尔物理学奖所获评语中可以窥见一二：

“除了量子比特外，超导量子电路还影响了量子光学领域，该领域过去主要研究原子与电磁场之间的相互作用。利用超导电路，可以基于约瑟夫森结设计全新的人工原子，让量子光学研究进入原子物理无法触及的参数范围。”

图4 约瑟夫森结示意图 / 瑞典皇家科学院

就连今年获奖的Michel H. Devoret教授，也是在巴黎萨克雷大学获得了量子光学的研究生学位后，才开启了量子研究之路。

有趣的是，1983年，Devoret参加了Alain Aspect的论文答辩后，由此受到启发，才想要继续突破量子科学的界限，而Alain Aspect正是量子纠缠的先驱，也是2022年诺贝尔物理学奖的获得者。

量子光学的科研发展

在物理和光学分区的期刊上，量子光学领域的论文数量近五年持续增长，其主要研究方向包括量子通信、量子计算、量子测量和成像等。得益于国家战略支撑，如今量子光学已经成了炙手可热的研究方向之一，仅2025年，我们就已经见证了国内科研团队的诸多突破性成果。

比如在量子光学成像领域，中国科学技术大学潘建伟院士团队在《Physical Review Letters》上发文，首次推出并实验验证了主动光学强度干涉技术合成孔径技术，做到了对1.36公里外目标的高分辨率成像。其创新之处在于，即便在城市大气的湍流环境下，依然可以重建出毫米级分辨率的目标图像，为高精度远距离的遥感成像提供了更多可能性。[1]

图5 主动光学强度干涉技术合成孔径技术实验示意图 / Physical Review Letters

在量子测量领域，量子光学的研究主要集中在超冷原子相关的精密测量上。比如华东师范大学武海斌团队近日就在《Frontiers of Physics》上发表最新研究，实现6Li 原子的一维拉曼亚反冲冷却，为冷原子干涉仪提供了理想样本，可用于精确测量原子性质、引力常数。[2]

在量子通信领域，中山大学项泽亮教授课题组携手中科大邹长铃教授课题组，于今年在《Nature Communication》上发文，首次提出并定义了一种新型广义数-相位晶格玻色量子纠错码，为量子网络中的长距离通信提供了可行的量子纠错方案，其性能超越现有玻色码的纠错性能，可进一步提高量子通信的密钥率、延长通信距离。[3]

随着量子光学的科研领域不断迎来创新，诸多期刊也开始涌现相关专题，比如2024年4月Physics Letters A策划的“量子光学基础与应用”特刊，《光学学报》将于今年10月发布的“量子光学与量子技术”专题，Photonics于今年策划的“量子光学：从基础研究到技术应用”特刊等等。

此外，与量子光学相关的会议规模也在不断壮大，诸如今年10月底即将举办的2025国际量子光子学大会（QPhotoniX 2025），以及刚结束不久的第十五届国际量子密码会议（QCrypt 2025），均吸引了广大学者投稿和分享，参会者屡破新高。

图6 第十五届国际量子密码会议 / 中国科学技术大学

量子光学的产业化前景

在产业化的道路上，量子光学同样在从“微观”走向“宏观”，主要落地方向包括量子计算、量子通信和量子精密测量，这也是工信部2025年未来产业创新任务揭榜挂帅工作中，量子科技重点部署任务的三大方向。

就以量子计算为例，目前市面上的主流方案包括超导量子比特、离子阱量子比特、中性原子和光量子比特等，其中量子比特恰恰就是基于量子光学原理和实验技术之上的一种量子计算实现方式。

目前国内在光量子计算领域实现“量子优越性”并领先国际的，当属中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳教授团队打造的“九章”系列量子计算机。从2020年76光子的原型机，到2023年的255个光子的九章三号，再到目前仍在研的超过2000光子的九章四号，其计算性能已经超出传统超算数亿倍。

图7 九章三号实验装置示意图 / 中国科学技术大学

在今年的新年贺词中，总书记重点提到了量子通信这一新产业领域取得了新成果。从市场现状来看，这批成果主要集中在量子安全领域，比如借助光子传输密码信息的量子密钥分配终端设备，可用于保护政务、国防、金融、能源等网络的数据与信息安全。

此外，量子传感和精密测量领域同样产品频繁落地，诸如自旋量子传感器、量子绝对重力仪等前沿技术，已经从实验室走向市场，开始用于地质探测、生物医学等场景。以长沙量子测量产业技术研究院打造的量子绝对重力仪为例，该设备可以将重力加速度的测量数据，精确到小数点后八位，为地震侦测等应用提供关键数据。

图8 量子绝对重力仪 / 长沙量子研究院

量子光学的产业化进程虽然刚开始，但前人百年来的科研成果已经为其奠定了基底。正如Devoret教授接受诺贝尔官方采访时说的那样，从一个新的发现到一个产业的兴起，本就是一个需要长时间沉淀的过程，我们也坚信，无论是科研创新还是成果落地，量子光学的下一个百年会更加精彩。

| 参考资料
[1]Liu, LC., Wu, C., Li, W. et al. Active Optical Intensity Interferometry. Phys. Rev. Lett. 134, 180201(2025).[2]Liang Zhang, Shichuan Yu, Pengyue Liu, Mengjia Yin, Jian Fan, Haibin Wu. Subrecoil Raman laser cooling of 6Li atoms. Front. Phys., 2025, 20(6).[3]Hu, DL., Cai, W., Zou, CL. et al. Generalized number-phase lattice encoding of a bosonic mode for quantum error correction. Nat Commun 16, 7647 (2025).