La Real Academia Sueca de Ciencias otorgó el Premio Nobel de Física 2025 al britránico John Clarke, al francés Michel Devoret y al estadounidense John Martinis, por el descubrimiento del efecto túnel macroscópico de la mecánica cuántica, con el que se está desarrollando una nueva generación de computadoras extremadamente potentes.
Thank you for reading this post, don't forget to subscribe!Este efecto de la mecánica cuántica es un asunto complejo, pero cuyas implicaciones han sido profundas y de gran alcance; de hecho, como lo señaló el Comité del Nobel de Física al anunciar el fallo, “la mayoría de los dispositivos electrónicos que utilizamos dependerán de su trabajo y se están utilizando para construir las llamadas computadoras cuánticas”.
La mecánica cuántica describe el extraño comportamiento de las partículas de materia en el mundo subatómico, como es el caso de los electrones, por ejemplo, las partículas están entrelazadas, atraviesan paredes de materia, pueden estar en dos lugares a la vez, o comportarse como onda y partícula. Algo totalmente distinto a lo que sucede en el mundo macroscópico o de la materia que podemos observar a simple vista.
No existe ninguna tecnología avanzada utilizada hoy en día que no se base en la mecánica cuántica, incluyendo teléfonos móviles, cámaras, láseres y cables de fibra óptica, entre otras. “Es maravilloso celebrar cómo la mecánica cuántica, con un siglo de antigüedad, ofrece continuamente nuevas sorpresas. Además, es enormemente útil, ya que la mecánica cuántica es la base de toda la tecnología digital”, dijo Olle Eriksson, presidente del Comité Nobel de Física durante el anuncio del galardón.
Entre 1984 y 1985, los científicos premiados querían saber cuál era el tamaño máximo de la materia que pudiera mantener este comportamiento cuántico, específicamente en un sistema que pudiera ser medible. Para probarlo llevaron a cabo experimentos en un chip superconductor –a temperaturas extremadamente bajas, de -200o C, y sin resistencia eléctrica–, con el que hicieron que un conjunto de electrones se comportaran como si fueran una sola partícula gigante que pudo atravesar un muro de energía, como si pasaran a través de un túnel.
“Es maravilloso celebrar cómo la mecánica cuántica, con un siglo de antigüedad, ofrece continuamente nuevas sorpresas. Además, es enormemente útil, ya que la mecánica cuántica es la base de toda la tecnología digital”: Olle Eriksson, presidente del Comité Nobel de Física.
John Clarke, físico británico de la Universidad de California en Berkeley; Michel Devoret, físico francés de la Universidad de Yale, y John Martinis, de la Universidad de California en Santa Bárbara, demostraron que la mecánica cuántica permite que un conjunto de partículas se mueva directamente a través de una barrera mediante un proceso llamado tunelización y que lo pueden hacer con carga eléctrica sin voltaje. Parecía romper las reglas del mundo cuántico.
Consiguieron este efecto túnel ya no en el mundo subatómico sino en el mundo macroscópico, con circuitos electrónicos de un centímetro, visibles, algo que la física convencional hasta entonces consideraba imposible. También pudieron demostrar que el sistema se comporta tal como predice la teoría de la mecánica cuántica: está cuantizado, lo que significa que solo absorbe o emite cantidades muy específicas de energía.
“Esto conduce al desarrollo de la computadora cuántica. Mucha gente está trabajando en computación cuántica; nuestro descubrimiento es, en muchos sentidos, la base de esto”, expresó John Clarke al recibir la noticia del premio durante la conferencia.
El fallo del Comité Nobel indica que el premio se les ha otorgado por “el descubrimiento del efecto túnel macroscópico de la mecánica cuántica y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico” que simplemente revelaron la física cuántica en acción.
los galardonados han contribuido tanto a la comprensión de nuestro mundo físico, como al desarrollo de la próxima generación de tecnología cuántica, incluyendo la telefonía móvil y las computadoras cuánticas.
Principios del efecto túnel
Para entender el efecto túnel hay que explicar que en un material conductor común, como un cable de cobre, hay electrones que se mueven libremente a través de todo el material y fluyen con la corriente de forma caótica. En los materiales superconductores, en cambio, a una temperatura de -200o C bajo cero los electrones fluyen de manera organizada en pares, denominados “pares de Cooper” en honor a Leon Cooper, quien, junto con John Bardeen y Robert Schrieffer, describieron detalladamente el funcionamiento de los superconductores.
Los pares de Cooper se comportan de forma completamente diferente a los electrones comunes; ahí se unen en pares de Cooper que se mueven como una sola unidad, un sistema cuántico que se describe como una única función de onda. Aquí los electrones fluyen en una especie de marcha sincronizada de parejas.
Si dos superconductores se unen con una fina barrera aislante entre ellos, se crea una unión Josephson, llamada así por Brian Josephson, quien descubrió que surgen fenómenos interesantes al considerar las funciones de onda a cada lado de la unión que son útiles para medir algunas propiedades físicas cuánticas
Los hoy galardonados exploraron diversos fenómenos mediante superconductores y la unión Josephson y asumieron el reto de demostrar el efecto túnel cuántico macroscópico. Para ello observaron que los electrones en pares de Cooper pasaban de su marcha sincronizada a comportarse como una única partícula gigante. Miles de millones de electrones en pares de Cooper que ocupaban el chip superconductor se comportaron como una unidad en distintos estados de energía.
Gracias al efecto túnel macroscópico se pueden utilizar los fenómenos que rigen el mundo las partículas cuánticas en el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas. Por ejemplo, los experimentos de John Martinis en sus trabajos pioneros de la computación cuántica, en el que utilizó el efecto túnel con unidades cuánticas portadoras de información: un bit cuántico o cúbit.
En un estado de energía más bajo y el primer paso hacia arriba funcionaban como cero y uno, respectivamente. Estos circuitos superconductores se están utilizando para construir los chips cuánticos modernos y una futura computadora cuántica.
Así, los galardonados de este año con el Nobel de Física han contribuido tanto a la comprensión de nuestro mundo físico, como al desarrollo de la próxima generación de tecnología cuántica, incluyendo la telefonía móvil, criptografía cuántica, computadoras cuánticas y sensores cuánticos.
“la mayoría de los dispositivos electrónicos que utilizamos dependerán de su trabajo y se están utilizando para construir las llamadas computadoras cuánticas”: Comité nobel de física.
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