El Premio Nobel de Física 2025 ha sido otorgado a un trío de investigadores por descubrir la mecánica cuántica en una escala completamente nueva: una escala lo suficientemente grande como para sostenerla en la mano.
John Clarke, de la Universidad de California en Berkeley, Michel H. Devoret, de la Universidad de Yale y de la Universidad de California en Santa Bárbara, y John M. Martinis, de la Universidad de California en Santa Bárbara, recibieron el prestigioso premio “por el descubrimiento de la tunelización mecánica cuántica macroscópica y la cuantificación de la energía en un circuito eléctrico”.
La Real Academia Sueca de Ciencias anunció a los ganadores en una ceremonia celebrada en Estocolmo, Suecia, el martes 10 de octubre. Este es el 119.º Premio Nobel de Física y está dotado con 11 millones de coronas suecas (1,2 millones de dólares).
“Para decirlo suavemente, fue la sorpresa de mi vida”, dijo Clarke por teléfono en una conferencia de prensa. “Estoy completamente atónito, por supuesto. Nunca se me ocurrió que esto pudiera ser la base de un Premio Nobel”.
Dijo que su descubrimiento (que subyace a los microchips avanzados presentes en muchas tecnologías modernas, incluidos los teléfonos inteligentes) se está utilizando para un mayor desarrollo de las computadoras cuánticas. Clarke, Devoret y Martinis llevaron a cabo experimentos en los que pudieron demostrar la tunelización mecánica cuántica y los niveles de energía cuantizados en un circuito eléctrico “lo suficientemente grande como para sostenerlo en la mano”, según un comunicado publicado por la Real Academia Sueca de Ciencias.
El efecto túnel cuántico permite que las partículas atraviesen barreras aparentemente infranqueables. Esto se debe a que, en la física cuántica, las partículas existen simultáneamente como ondas y partículas; esas ondas son las probabilidades proyectadas de que la partícula exista en un espacio dado.
Al igual que una ola que choca contra un dique en el mar produce una onda más pequeña que se propaga al otro lado, las partículas que existen como ondas también tienen cierta probabilidad de existir al otro lado de una barrera. Esta capacidad permite a los electrones saltar entre capas materiales que de otro modo serían intransitables, al menos según las leyes físicas a gran escala.
Antes del descubrimiento de los investigadores, se había observado el efecto túnel cuántico en partículas individuales, pero los físicos pronto se preguntaron si varias partículas podrían realizarlo simultáneamente. Una forma de lograrlo sería enfriar extremadamente los materiales, transformándolos en superconductores al provocar que los electrones se unan en los llamados “pares de Cooper“.
Los pares de Cooper siguen reglas de mecánica cuántica diferentes a las de los electrones solitarios. En lugar de apilarse para formar capas de energía, actúan como partículas de luz, o fotones, un número infinito de los cuales puede ocupar el mismo punto en el espacio simultáneamente. Si se crean suficientes pares de Cooper en un material, este se convierte en un superfluido, fluyendo sin pérdida de energía por resistividad eléctrica.
Para realizar su descubrimiento, los investigadores intercalaron dos superconductores entre una fina barrera aislante, creando una configuración experimental conocida como unión Josephson. A mediados de la década de 1980, trabajando juntos, los científicos protegieron su propia unión Josephson de interferencias antes de introducir una corriente eléctrica débil.
Inicialmente, el voltaje en este circuito era cero, lo que indicaba que no circulaba corriente a través de la barrera. Sin embargo, al repetir el experimento varias veces, los investigadores pronto descubrieron que sí aparecía voltaje en el aparato en varios momentos. Esto demostró que los electrones, efectivamente, estaban tunelizando el sistema, actuando como una única partícula a gran escala.
El disparo de microondas para que fueran absorbidas por los electrones mostró que, a pesar de que su estado colectivo era macroscópico, los electrones emparejados por Cooper tenían niveles de energía discretos y cuantificados. Este descubrimiento ha tenido numerosas aplicaciones prácticas en la física y en otros campos. El sistema colectivo se conoce como átomo artificial, a partir del cual se han desarrollado numerosos experimentos y tecnologías cuánticas.
“Es maravilloso celebrar cómo la mecánica cuántica, con un siglo de antigüedad, ofrece continuamente nuevas sorpresas”, declaró Olle Eriksson, presidente del Comité Nobel de Física. “También es enormemente útil, ya que la mecánica cuántica es la base de toda la tecnología digital”.
Fuente: Live Science.
