而在实验室里，约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷特与约翰·马蒂尼斯所做的突破，正是将这种“量子穿墙术”转化为可以在肉眼可见的世界中观察到的现象。

在他们的实验中，一个尺寸约为一厘米的芯片上的超导电路，竟然像一个“巨型原子”一样，展现了量子力学的最奇异特性——能量量子化和量子隧穿。

由数十亿个协同作用的库珀对（注：两个电子在特定条件下结成对）组成的超导电路可以从一种能态“隧穿”到另一种能态，从而在本不该存在电压的地方产生电压——这就像电路穿过了一堵看不见的墙。

在普通的导体中，电子之间会相互碰撞，同时也会与导体材料发生碰撞。当一种材料变成超导体时，电子会成对结合，形成库珀对，并且形成一种没有电阻的电流。库珀对可以表现得像一个单一的粒子，充满了整个电路

理论物理学家安东尼·莱格特指出：“这表明，量子世界的奇异行为不会随着规模的扩大而消失。”这一洞见彻底改变了量子研究，将微观世界的量子物理学规则带入了宏观世界的电路和电线当中，不仅打破了微观与宏观之间的界限，还为量子计算机的开发奠定了基础。

科学家可以据此发明“人造原子”作为量子器件的原型，这些器件可以通过操纵能量来处理信息——马蒂尼斯此后正是利用这一原理创造了“超导量子比特”，即量子计算机的基本单元，为开发“下一代数字技术”铺路。

拿了诺贝尔物理学奖不是马蒂尼斯唯一的人生高光。

在此之前，他更为人熟知的身份是谷歌量子计算机研发团队的领导者。2014年，他带着团队加入了谷歌量子人工智能实验室，着手开发量子计算机。

2019年，马蒂尼斯团队成功研发了名为Sycamore的量子处理器，并发表了一篇标志性的论文，宣布Sycamore在约200秒内完成了一项经典超级计算机需要1万年才能完成（或实际上无法在合理时间内完成）的计算任务，由此实现了“量子霸权”。

Sycamore量子处理器

量子霸权是理论物理学家约翰·普雷斯基尔提出来的说法，说的是：在特定任务上，量子计算机的性能压倒性地超越了传统计算机，甚至超越了传统超级计算机。概括地说，就是证明量子机器能做传统机器做不到的事情。

这一消息不仅震惊了刚刚起步的量子计算行业，也震动了整个科学界。许多人曾预计，实现“量子霸权”还需要几年甚至几十年的时间。

尽管“量子霸权”这一术语引发了IBM等竞争对手的非议——认为谷歌夸大了传统计算机模拟该任务所需的时长，声称优化算法可以在更短的时间内完成——但马蒂尼斯团队的实验仍被认为是量子计算从理论走向工程实践的里程碑。

然而，“量子霸权”的任务必须专门设计，而不是直接解决一个有实际应用价值的问题，主要作用是“概念证明”，证明量子技术原理的可行性和量子计算的巨大潜力。

马蒂尼斯也不满足于此，而是构建能够真正帮助人类的量子计算机，他知道，实用的量子计算机才可能是行业成功的关键。

谷歌量子计算机示意图

“当我进行基础研究时，知道最终会有一个应用程序、一个设备或一个系统需要构建，这对我来说非常有益。对我来说，这是一个自然而然的过程，我会从最基本的问题开始认真思考，到底我们需要知道什么才能真正让某个东西发挥作用？”马蒂尼斯受访时说。

他补充说，量子计算机实际上有很多实际应用。量子计算机的一个实际用途是帮助研究人员更好地理解化学，这可能会推动从医学到材料科学等各个领域的新进展。

“我考虑将它用于量子化学——这实际上是理查德·费曼最初提出的量子计算机方案——它可以映射分子中电子通过原子相互作用的物理过程，”马丁尼斯说，“这是一个经典难题，你可以利用量子计算机的强大功能来解决这个问题。”

1965年诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼

马蒂尼思相信，量子计算机也有潜力帮助研究可持续能源技术，例如更高效的电池，“更好的电池可能会真正改变世界经济”。又或者是优化飞机航线和资源路线，“哪怕是比现在好5%或10%的解决方案，也足以为企业节省大量的资金和成本。这真的很有趣，值得人们去研究。”

他乐观地认为，量子计算最终将惠及越来越多的人，而量子技术有潜力被一系列企业商业化，而不仅仅是大型科技公司。

“我的希望和梦想是，如果我们能建造一台量子计算机，就能真正开始解决这些实际的问题。我们大概知道这应该可行。”他说。

当谷歌宣布实现量子霸权时，谷歌老板桑达尔·皮查伊特别提到了马蒂尼斯的名字，他把这个历史性成就比作莱特兄弟的第一次试飞。

此后仅仅过了半年，马蒂尼斯意外地从谷歌辞职。