2026年度沃尔夫物理学奖深度解读：在绝对零度之上，搭建量子世界的巅峰协作

在绝对零度之上 搭建量子世界的巅峰协作 2026年度沃尔夫物理学奖深度解读 操控“冷”原子，点亮“热”科技 10月1日晚，以色列沃尔夫基金会公布2026年度沃尔夫物理学奖。美国国家标准与技术研究院（NIST）与科罗拉多大学博尔德分校的叶军（Jun Ye），以及德国马克斯·普朗克量子光学研究所（MPQ）与慕尼黑大学的伊曼纽尔·布洛赫（Immanuel F. Bloch）共享这一奖项。基金会授奖词称，表彰二人“在超冷原子系统操控方面所取得的变革性、广泛适用的进展”（for transformative, widely applicable advances in the control of ultracold atomic systems）。 图1 叶军和布洛赫共同获得2026年度沃尔夫物理学奖 © The Wolf Foundation 这是沃尔夫物理学奖自1978年设立以来，第二次授予华裔科学家。首届得主为吴健雄。沃尔夫基金会指出，二人的工作把实验物理推进到以往几乎无法操控的疆域，标志着现代物理的一次关键转向：从观测量子世界，走向对量子体系的精准控制、测量与驾驭。 布洛赫借助光晶格，把超冷原子做成研究量子多体物理的实验平台；叶军则把同一类技术推向计量的极限，重塑时间与频率的标尺。二者一重“模拟”、一重“精密”，共同构成冷原子研究由基础发现走向量子计算、强关联材料机理和相对论测地学等应用的支柱。 光晶格：一座可调的量子实验室 多体量子物理是能源、材料与信息处理等技术的底层语言。粒子数一增加，希尔伯特空间便指数膨胀，强关联体系随即撞上所谓“指数墙”。1982年，理查德·费曼（Richard P. Feynman）提出用遵循量子规律的机器去模拟物理世界，认为唯有这样的系统，才能处理经典计算机难以逾越的多体问题[1]。 激光冷却与玻色–爱因斯坦凝聚分别于1997年和2001年获得诺贝尔物理学奖之后，这条路开始变得可走。1998年，迪特尔·雅克施（Dieter Jaksch）、彼得·佐勒（Peter Zoller）与伊格纳西奥·西拉克（J. Ignacio Cirac）等人提出，用光晶格中的超冷原子模拟玻色–哈伯德模型：格点间隧穿与格点内相互作用的竞争，可以分别给出超流态和莫特绝缘态[2]。 在其导师、2005年诺贝尔物理学奖得主特奥多尔·亨施（Theodor W. Hänsch）的启发下，布洛赫用激光干涉形成的周期性势场搭建光学晶格，模拟固体中的晶格。与充满声子、缺陷和杂质的真实晶体不同，光晶格干净、参数可调，原子行为可由玻色或费米–哈伯德模型较精确地描述。调节激光强度，即可改变隧穿能与相互作用能，从而直接观察从超流到莫特绝缘体的量子相变[3–5]。 图2 光晶格示意图：激光干涉形成周期性势阱，超冷原子被囚禁在格点上。依据雅克施等人提出的光晶格玻色–哈伯德模型及布洛赫组的实验实现[2,3] 图3 超流–莫特绝缘体相变的飞行时间图像示意。浅晶格下可见衍射峰（左，超流）；晶格加深后相干峰消失（右，莫特绝缘体）。依据格莱纳、布洛赫等2002年的实验现象[3] 精密计量走的是另一条路。2001年前后，东京大学与理化学研究所的香取秀俊（Hidetoshi Katori）等人提出光晶格钟构想，并引入“魔术波长”（magic wavelength）：在这一波长上，钟跃迁的基态与激发态感受到相同的交流斯塔克位移（光频移）。2005年至2006年，香取秀俊团队与叶军团队先后在实验中用光晶格囚禁锶原子实现这一构想，以魔术波长消除晶格光场的高度不均匀及其随时间起伏对跃迁频率的干扰，使频率保持接近未受扰动的本征值。此后叶军小组持续处于前沿，并于2018年实现10⁻¹⁹量级的精度。 图4 锶光晶格钟装置示意：真空腔中的超冷锶原子被激光晶格囚禁，用以读取光学钟跃迁。依据香取秀俊提出、叶军团队实现的光晶格钟；装置实拍见叶军组与Brad Baxley/JILA，NIST公开图像，https://www.nist.gov/image/strontium-lattice-optical-atomic-clock 随着激光冷却、玻色–爱因斯坦凝聚、光晶格和费什巴赫共振等技术成熟，光子、电子、原子与分子之间的相互作用已可在很高精度上调节。相对传统固体，光晶格的优势在于参数几乎可以全维度调控，研究也从统计平均转向单原子分辨。学界普遍认为，在通用容错量子计算机仍是长期目标的情况下，基于特定物理载体的专用量子模拟器，有望更早展现针对具体问题的量子优势。 布洛赫：把冷原子做成量子模拟器 布洛赫的贡献，是把冷原子实验室改造成可以处理凝聚态问题的模拟器。 2002年，在亨施支持下，布洛赫作为项目负责人，与马库斯·格莱纳（Markus Greiner）等合作，首次在光晶格中观测到玻色子