(LR): John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis.
Crédito: Niklas Elmehed/Nobel Premio Alcance
De subatómico a la macroscala
Clarke, Devoret y Martinis fueron los primeros en demostrar que los efectos cuánticos, como el túnel cuántico y la cuantización de energía, pueden funcionar en escalas macroscópicas, no solo una partícula a la vez.
Después de obtener su doctorado de la Universidad de Cambridge, Clarke llegó a la Universidad de California, Berkeley, como postdoc, que finalmente se unió a la facultad en 1969. A mediados de la década de 1980, Devoret y Martinis se habían unido al Laboratorio de Clarke como estudiante postdoc y graduado, respectivamente. El trío decidió buscar evidencia de túnel cuántico macroscópico utilizando un circuito especializado llamado Josephson Junction, un dispositivo macroscópico que aprovecha un efecto de túnel que ahora se usa ampliamente en la computación cuántica, la detección cuántica y la criptografía.
Un cruce de Josephson, nombrado después del físico británico Brian Josephson, quien ganó el Premio Nobel de Física de 1973, es básicamente dos piezas de semiconductores separadas por una barrera aislante. A pesar de esta pequeña brecha entre dos conductores, los electrones aún pueden túnel a través del aislante y crear una corriente. Eso ocurre a temperaturas suficientemente bajas, cuando la unión se vuelve superconductor a medida que los electrones se forman los llamados «Parejas de Cooper«
El equipo construyó un oscilador a base de circuito eléctrico en un microchip que mide aproximadamente un centímetro de tamaño, esencialmente una versión cuántica del péndulo clásico. Su mayor desafío fue descubrir cómo reducir el ruido en su aparato experimental. Para sus experimentos, primero alimentaron una corriente débil en la unión y midieron el voltaje, inicialmente cero. Luego aumentaron la corriente y midieron cuánto tiempo tardó en el sistema en el túnel fuera de su estado cerrado para producir un voltaje.
Crédito: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Tomaron muchas medidas y descubrieron que la corriente promedio aumentó a medida que cae la temperatura del dispositivo, como se esperaba. Pero en algún momento, la temperatura se volvió tan baja que el dispositivo se volvió superconductor y la corriente promedio se independizó de la temperatura del dispositivo, una firma reveladora de túnel cuántico macroscópico.
