Nobel de Física 2025 por descubrimiento sobre fenómenos cuánticos

El Premio Nobel de Física 2025 fue para el británico John Clarke, el francés Michel H. Devoret y el estadounidense John M. Martinis  “por el descubrimiento del efecto túnel cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico”, informó este martes la Real Academia de las Ciencias Sueca.

La Asamblea Nobel del Instituto Karolinska ha concedido el Premio Nobel de Física 2025 a John Clarke, Michel H. Devoret, y John M. Martinis, investigadores de la Universidad de California (Estados Unidos), por la demostración del efecto túnel cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico.

Con este galardón se reconocen los experimentos que demostraron cómo se puede observar el efecto túnel cuántico a escala macroscópica con muchas partículas, precisó la Real Academia en su fallo.

Una cuestión importante en física es el tamaño máximo de un sistema que puede demostrar efectos mecánicos cuánticos.

Circuito de superconductores

En 1984 y 1985, John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis llevaron a cabo una serie de experimentos con un circuito electrónico construido con superconductores, componentes que pueden conducir la corriente sin resistencia eléctrica.

En el circuito, los componentes superconductores estaban separados por una fina capa de material no conductor, una configuración conocida como unión Josephson. Al refinar y medir todas las diversas propiedades de su circuito, pudieron controlar y explorar los fenómenos que se producían cuando hacían pasar una corriente a través de él.

En conjunto, las partículas cargadas que se movían a través del superconductor formaban un sistema que se comportaba como si fueran una sola partícula que llenaba todo el circuito. Este sistema macroscópico similar a una partícula se encuentra inicialmente en un estado en el que la corriente fluye sin ningún voltaje. El sistema queda atrapado en este estado, como si estuviera detrás de una barrera que no puede atravesar.

Comportamiento previsto por la mecánica cuántica

En el experimento, el sistema muestra su carácter cuántico al lograr escapar del estado de voltaje cero mediante el efecto túnel. El cambio de estado del sistema se detecta mediante la aparición de un voltaje.

Los galardonados también pudieron demostrar que el sistema se comporta de la manera prevista por la mecánica cuántica: está cuantificado, lo que significa que solo absorbe o emite cantidades específicas de energía.

“Es maravilloso poder celebrar la forma en que la mecánica cuántica centenaria ofrece continuamente nuevas sorpresas. También es enormemente útil, ya que la mecánica cuántica es la base de toda la tecnología digital”, afirma Olle Eriksson, presidente del Comité Nobel de Física.

Los transistores de los microchips de los ordenadores son un ejemplo de la tecnología cuántica que nos rodea. El Premio Nobel de Física de este año ha brindado oportunidades para desarrollar la próxima generación de tecnología cuántica, incluida la criptografía cuántica, los ordenadores cuánticos y los sensores cuánticos.

Efecto Tunel

Los tres científicos galardonados realizaron experimentos con un circuito eléctrico en el que demostraron tanto el efecto túnel cuántico como los niveles de energía cuantificados en un sistema lo suficientemente grande como para caber en la mano.

“Cuando lanzas una pelota contra una pared, puedes estar seguro de que rebotará hacia ti y te sorprendería mucho si la pelota apareciera, de repente, al otro lado de la pared”, indicó la Real Academia para ilustrar el descubrimiento.

En mecánica cuántica, este tipo de fenómeno se denomina “efecto túnel” y es precisamente el tipo de fenómeno que le ha dado fama de extraño y poco intuitivo.

El sistema eléctrico superconductor utilizado por estos tres científicos podía pasar de un estado a otro, como si atravesara una pared. También demostraron que el sistema absorbía y emitía energía en dosis de tamaños específicos, tal y como predice la mecánica cuántica.

Clarke, Devoret y Martinis utilizaron para su experimento un circuito eléctrico superconductor y el chip que lo contenía tenía un tamaño aproximado de un centímetro.

Sistema Mecánico Cuántico

Anteriormente, el efecto túnel y la cuantización de la energía habían sido estudiados en sistemas que solo tenían unas pocas partículas. En este caso, estos fenómenos aparecieron en un sistema mecánico cuántico con miles de millones de pares de Cooper (electrones enlazados) que llenaban todo el superconductor del chip.

De esta manera, el experimento llevó los efectos mecánicos cuánticos de una escala microscópica a una macroscópica. Los transistores de los microchips de los ordenadores son un ejemplo de la tecnología cuántica consolidada que nos rodea.

Según se detalló, el Premio Nobel de Física 2025 ha brindado oportunidades para desarrollar la próxima generación de tecnología cuántica, incluyendo la criptografía cuántica, los ordenadores cuánticos y los sensores cuánticos.